DE102009021448B3 - Device for peripheral processing of workpieces, comprises an optical system having an optical axis that emits a beam bundle along the optical axis, and/or a peripheral mirror system axis that has a workpiece axis around the workpiece - Google Patents

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Abstract

The device comprises an optical system having an optical axis (15) that emits a beam bundle (3) along the optical axis, and/or a peripheral mirror system axis (9) that has a workpiece axis around a workpiece (8) to be processed. The peripheral mirror system axis and the workpiece axis are aligned in same direction. The peripheral mirror has a beam inlet opening at the peripheral to which the optical system is arranged so that the beam bundle is coupled with the optical axis vertical to the peripheral mirror system axis in the peripheral mirror. The device comprises an optical system having an optical axis (15) that emits a beam bundle (3) along the optical axis, and/or a peripheral mirror system axis (9) that has a workpiece axis around a workpiece (8) to be processed. The peripheral mirror system axis and the workpiece axis are aligned in same direction. The peripheral mirror has a beam inlet opening at the peripheral to which the optical system is arranged so that the beam bundle is coupled with the optical axis vertical to the peripheral mirror system axis in the peripheral mirror and impinges on the workpiece at the peripheral mirror (5) after several reflexion. The peripheral mirror is surrounded by a processing chamber that has a beam inlet opening and/or two discharge openings through which the workpiece to be processed is guided in the direction of its workpiece axis through the processing chamber. The optical system comprises a first beam formation optic for diameter variation and parallelization of the beam bundle emitted by laser. The optical system comprises two beam formation optics for focusing the beam bundle in X-Y plain, where the vertical plain is Y-Z plain defined to the peripheral mirror system axis through the optical axis. The two beam formation optics are laid out so that a focus line lies in a beam inlet opening. The peripheral mirror has the form of a hollow body, whose interior cover area forms a mirror surface, whose surface normal stands in each point of the mirror surface vertically on the peripheral mirror system axis. The surface normal of the mirror surface has an angle of less than 90[deg] , with the peripheral mirror system axis. The mirror surface consists of part areas that include corners, whose number, geometry and arrangement are determined to each other for the cross-section of the peripheral mirror. The mirror surface is a cone cylindrical surface. Polygons with same edge length and same interior angles are formed through the part areas. An additional mirror element is arranged in the interior of the peripheral mirror and is a rotating polygon mirror. The workpiece axis is arranged in the peripheral mirror system axis. A corner or a part area is formed as spherical or aspherical area. An additional beam inlet openings and a second optical system are provided to couple two beam bundles in the peripheral mirror. The second optical system comprises a laser that emits a beam bundle with another wavelength as the laser of the first optical system. A movement arrangement is arranged to produce a relative movement between the optical system, the peripheral mirror and the workpiece in the direction of the workpiece axis. An independent claim is included for a method for peripheral processing of workpieces by laser.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umfangsbearbeitung eines Werkstückes, insbesondere eines Materialstranges mittels eines Lasers, wie sie gattungsgemäß aus der US 3,865,564 bekannt ist. Die Erfindung betrifft auch ein damit ausführbares gattungsgemäßes Verfahren.The invention relates to a device for the circumferential machining of a workpiece, in particular a material strand by means of a laser, as generically from the US 3,865,564 is known. The invention also relates to a generic method that can be carried out with it.

Die Erfindung ist vorteilhaft anwendbar bei Prozessen, bei denen viskose Fluidströme, z. B. aus Glas, Polymeren, organischem Glas, Metall oder ähnlichen Substanzen, berührungslos eingeengt oder in Portionen aufgeteilt werden sollen.The Invention is advantageously applicable to processes where viscous Fluid streams, z. Example of glass, polymers, organic glass, metal or the like Substances, contactless restricted or divided into portions.

Die Erfindung ist ebenfalls anwendbar, um feste strangförmige Werkstücke und Halbzeuge zu trennen, zu bearbeiten und ihre Materialeigenschaften entlang ihres Umfangs zu beeinflussen.The Invention is also applicable to solid stranded workpieces and Semi-finished products to separate, edit and their material properties to influence along its circumference.

Es ist bekannt, Materialstränge aus den genannten Materialien mechanisch zu bearbeiten, wobei sich allerdings Nachteile durch Veränderung der Eigenschaften im Bearbeitungsbereich ergeben können. So führt z. B. die Verwendung von mechanischen Scheren zu Änderungen der Materialstruktur im Bereich des Schnittes, wie z. B. Verdichtungen bei metallischen Materialien, oder zu lokalen Abkühlungen von viskosen Schmelzen oder Fluiden.It is known, strands of material mechanically working from said materials, wherein but disadvantages due to change of the properties in the editing area. So leads z. For example, the use of mechanical shears to change the material structure in Area of the cut, such. B. densifications in metallic Materials, or to local refrigerations viscous melts or fluids.

Berührungslose Verfahren zur Materialbearbeitung vermindern solche nachteiligen Eigenschaftsveränderungen oder heben diese sogar gänzlich auf. Neben der Anwendung von elektrischen oder elektromagnetischen Phänomenen stellt die Verwendung hochenergetischer Strahlung, wie sie von Lasern emittiert wird, eine vielseitig anwendbare Möglichkeit der Materialbearbeitung dar.contactless Methods for processing materials reduce such adverse property changes or even lift them altogether on. In addition to the application of electrical or electromagnetic phenomena introduces the use of high energy radiation, such as lasers is emitted, a versatile applicable material processing represents.

Die Verwendung von Laserstrahlung bedingt, dass die Energie der Laserstrahlung sehr präzise auf die zu bearbeitenden Bereiche des Materials aufgebracht wird. Nur so können die erwünschten Wirkungen, wie z. B. Schmelzen, Trennen oder Härten, erreicht werden. Weiterhin ist es für eine Reihe von Anwendungen nötig, das Material über einen definierten Bereich sowohl gleichmäßig als auch gleichzeitig mit der Laserstrahlung zu beaufschlagen, um ungewollte lokale thermische Spannungen zu vermeiden.The Use of laser radiation causes the energy of laser radiation very precise is applied to the areas of the material to be processed. Only so can the desired effects, such as As melting, separation or curing can be achieved. Farther is it for a number of applications needed the material over a defined area both evenly and simultaneously with The laser radiation to impose unwanted local thermal To avoid tension.

Bei der Bearbeitung von strangförmigen Materialien ergeben sich spezielle Anforderungen an die technische und technologische Ausführung der Laserbearbeitung. Wird das zu bearbeitende Material nach oder durch die Beaufschlagung mit der Laserstrahlung von dem Strang abgetrennt, kann der Laser zusammen mit den gegebenenfalls nötigen optischen Elementen in derselben Achse angeordnet werden, in der das strangförmige Material bewegt wird (Hauptachse). Verbleibt der bearbeitete Anteil des Materials allerdings am Strang, wie es z. B. bei der Herstellung von Fasern geschieht, so muss der Laser und mindestens ein Teil der zugehörigen optischen Elemente aus der Achse des strangförmigen Materials herausgerückt werden. Trotzdem soll aber eine präzise, gleichförmige und gleichzeitige Beaufschlagung des Werkstücks über den Umfang mit der Laserstrahlung gewährleistet werden.at the processing of rope-shaped Materials have special requirements for the technical and technological execution the laser processing. Is the material to be edited after or separated from the strand by the application of the laser radiation, can the laser together with the possibly necessary optical elements in the same axis are arranged, in which the strand-like material is moved (main axis). Remains the processed portion of the material However, on the strand, as it is z. B. in the production of fibers happens, so must the laser and at least part of the associated optical Elements are moved out of the axis of the strand-like material. Nevertheless, a precise, uniform and simultaneous loading of the workpiece over the circumference with the laser radiation guaranteed become.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind eine Reihe von Lösungen bekannt.Around to meet these requirements are a set of solutions known.

Die DE 10 2004 003 696 A1 offenbart eine ringförmige Anordnung von mehreren Lasern in einer Ebene, deren optische Achsen in radialer Richtung senkrecht zur Hauptachse des strangförmigen Materials ausgerichtet sind. In den Überschneidungsbereichen der divergierenden Laserstrahlen entsteht ein Bereich mit konstanter Energiedichte, welche eine Bearbeitung des strangförmigen Materials entlang seines Umfanges erlaubt.The DE 10 2004 003 696 A1 discloses an annular array of a plurality of lasers in a plane whose optical axes are oriented in the radial direction perpendicular to the major axis of the strand material. In the intersecting regions of the diverging laser beams, a region with a constant energy density is formed, which allows processing of the strand-like material along its circumference.

Die DE 100 20 327 A1 beschreibt, wie unter Einsatz wiederum mehrerer Laser eine Bearbeitung über den ganzen Umfang eines Werkstückes möglich ist. Dabei werden die Strahlen der Laser mittels eines ringförmigen optischen Elementes in einem ringförmigen Fokus zusammengebracht. Besonders geeignet ist diese Vorrichtung für die Bearbeitung rotationssymmetrischer Werkstücke. Der ringförmige Fokus kann dabei auch durch strahlformende optische Elemente aus nur einem Laserstrahl erzeugt werden.The DE 100 20 327 A1 describes how using in turn several lasers, a machining over the entire circumference of a workpiece is possible. The beams of the lasers are brought together by means of an annular optical element in an annular focus. This device is particularly suitable for machining rotationally symmetrical workpieces. The annular focus can also be generated by beam-forming optical elements of only one laser beam.

In der US 4,044,936 wird eine Vorrichtung aufgezeigt, mit deren Hilfe es unter Einsatz eines Laserstrahles möglich ist, röhrenförmige Hohlkörper zu bearbeiten. Dabei wird der Laserstrahl mittels optischer Elemente punktuell auf die innere oder äußere Oberfläche des Werkstückes oder Materials fokussiert. Eine durchgehende Bearbeitung der Umfangslinie kann durch die Rotation von bestimmten, im Strahlengang befindlichen optischen Elementen erreicht werden. Eine Anordnung des Lasers außerhalb der Hauptachse des Werkstückes bzw. Materials wird in zwei Ausführungsbeispielen beschrieben. Der Laserstrahl wird dabei durch mindestens einen Spiegel umgelenkt und gegebenenfalls durch weitere optische Elemente fokussiert. Die Beaufschlagung erfolgt weiterhin nur punktuell.In the US 4,044,936 a device is shown, by means of which it is possible using a laser beam to edit tubular hollow body. In this case, the laser beam is selectively focused by means of optical elements on the inner or outer surface of the workpiece or material. A continuous processing of the circumferential line can be achieved by the rotation of certain, located in the beam path optical elements. An arrangement of the laser outside the major axis of the workpiece or material is described in two embodiments. The laser beam is deflected by at least one mirror and optionally focused by other optical elements. The admission is still only selective.

Eine technische Lösung zur Bearbeitung von asymmetrischen Oberflächen von Werkstücken mittels eines Lasers wird in der US 4,456,811 angegeben. Mit Hilfe segmentierter Spiegel wird ein ringförmiger Laserstrahl in einzelne Teilstrahlen zerlegt und auf die zu bearbeitende Oberfläche eines Materials oder Werkstückes gelenkt. Dadurch ist auch hier die gleichzeitige Bearbeitung entlang eines Umfanges möglich. Ziel dieser Lösung ist es, eine definierte Umwandlung der Energie des Laserstrahls im Bereich der Beaufschlagung zu bewirken. Die Hauptachse des Laserstrahles liegt dabei in der gleichen Achse wie die Hauptachse des Materials oder Werkstückes. Weiterhin ist die Einkopplung des von einem seitlich versetzt angeordneten Laser emittierten Laserstrahles in die Hauptachse des Materials oder Werkstückes mittels eines Lochspiegels offenbart. Dabei kann es allerdings zu einer C-förmigen Ausprägung des die zu bearbeitende Oberfläche beaufschlagenden Strahles kommen. Diese ungleichmäßige Verteilung der Strahlungsenergie muss durch Rotation des Materials bzw. Werkstückes kompensiert werden.A technical solution for machining asymmetrical surfaces of workpieces by means of a laser is used in the US 4,456,811 specified. With the help of segmented mirrors, an annular laser beam is split up into individual partial beams and directed onto the surface of a material or workpiece to be machined. As a result, the simultaneous processing along a circumference is also possible here. The goal of this solution is to create a defined order Conversion of the energy of the laser beam in the field of application to effect. The main axis of the laser beam lies in the same axis as the main axis of the material or workpiece. Furthermore, the coupling of the laser beam emitted by a laterally offset laser beam into the main axis of the material or workpiece is disclosed by means of a perforated mirror. However, it can come to a C-shaped expression of the surface to be machined acting jet. This uneven distribution of the radiation energy must be compensated by rotation of the material or workpiece.

In der US 3,865,564 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern unter Erhitzung eines Glasstranges als Ausgangsmaterial aufgezeigt. Der von einem außerhalb der Hauptachse befindlichen Laser emittierte Laserstrahl wird mittels einer rotierenden, exzentrisch angeordneten Linse in einen ringförmigen Strahl geformt und über einen Lochspiegel, durch dessen Öffnung die fertige Glasfaser geführt wird, in Richtung der Hauptachse des Glasstranges gelenkt. Über einen konischen Spiegel, dessen Achse mit der Hauptachse des Glasstranges zusammenfällt und der den zu bearbeitenden Glasstrang vollständig und symmetrisch umfasst, werden die Laserstrahlen auf die Oberfläche des Glasstranges gelenkt. Der Glasstrang wird durch die Beaufschlagung erhitzt und kann zu einer Faser gezogen werden. Im Bereich des konischen Spiegels werden also die von der Laserquelle kommenden und durch den Lochspiegel umgelenkten Laserstrahlen gleichmäßig auf eine definierte Breite des Umfangs des Glasstranges verteilt und es wird ein Bereich gleichmäßiger Energieverteilung geschaffen.In the US 3,865,564 a device for the production of glass fibers by heating a glass strand is shown as starting material. The laser beam emitted by a laser located outside the main axis is shaped into an annular beam by means of a rotating, eccentrically arranged lens and directed in the direction of the main axis of the glass strand via a perforated mirror, through the opening of which the finished glass fiber is guided. Via a conical mirror whose axis coincides with the main axis of the glass strand and which comprises the glass strand to be processed completely and symmetrically, the laser beams are directed onto the surface of the glass strand. The glass strand is heated by the impingement and can be pulled into a fiber. In the region of the conical mirror, therefore, the laser beams coming from the laser source and deflected by the perforated mirror are uniformly distributed over a defined width of the circumference of the glass strand and an area of uniform energy distribution is created.

Die in der US 3,865,564 offenbarte Anordnung und Wirkungsweise der einzelnen Elemente ermöglicht die gleichmäßige Beaufschlagung eines strangförmigen und potenziell unendlich langen Materials oder Werkstückes in einem definierten Bereich über dessen gesamten Umfang mit Laserstrahlung. Einer einfachen Werkstückzuführung und der Bearbeitung auch heißer Werkstücke steht der genannte Lochspiegel entgegen.The in the US 3,865,564 The disclosed arrangement and mode of action of the individual elements enables uniform application of a strand-shaped and potentially infinitely long material or workpiece in a defined area over its entire circumference with laser radiation. A simple workpiece feed and the processing of hot workpieces is counteracting said hole mirror.

Auch ist die gesamte Vorrichtung auf das zu bearbeitende Werkstück, hier eine Faser, hin dimensioniert. Zur Bearbeitung von Werkstücken mit einem wesentlich größeren Durchmesser muss die gesamte Vorrichtung in ihrer Dimensionierung angepasst werden.Also is the entire device on the workpiece to be machined, here a fiber, dimensioned out. For machining workpieces with a much larger diameter the entire device must be adapted in its dimensioning.

Aus der US 4,012,213 ist ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Fasern bekannt, die aus einem stabförmigen Material gezogen werden. Das stabförmige Material wird mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit durch eine Heizzone bewegt. Zur Schaffung der Heizzone sind Mittel zum Aussenden von Laserstrahlung vorhanden sowie optische Mittel zum Teilen der Laserstrahlung in eine Vielzahl von Laserstrahlen, sowie zum Umlenken und Fokussieren dieser Laserstrahlen auf den Umfang des stabförmigen Materials. Es findet keine homogene Beaufschlagung des Umfangs des Materials mit Laserstrahlung statt.From the US 4,012,213 For example, a method of making refractory fibers that are drawn from a rod-shaped material is known. The rod-shaped material is moved at a predetermined speed through a heating zone. To create the heating zone there are means for emitting laser radiation and optical means for dividing the laser radiation into a plurality of laser beams, as well as for deflecting and focusing these laser beams on the circumference of the rod-shaped material. There is no homogeneous loading of the circumference of the material with laser radiation.

Auch gemäß der US 4,058,699 wird mittels Laserstrahlung eine Heizzone in einer Heizvorrichtung geschaffen. Innerhalb eines zylinderförmigen Umfangsspiegels mit elliptischem Querschnitt sind entlang einer ersten Zylinderachse, die durch den ersten Brennpunkt des elliptischen Querschnitts verläuft, ein konischer Reflektor angeordnet und entlang einer zweiten Zylinderachse, die durch den zweiten Brennpunkt des elliptischen Querschnitts verläuft, ein zu erwärmendes stabförmiges Werkstück geführt. Auf den konischen Reflektor wird eine aufgeweitete Laserstrahlung gerichtet, die nach Mehrfachreflexionen von allen Seiten her auf den Umfang des Werkstückes auftrifft. Die Laserstrahlung wird parallel zur Achse des Werkstückes in die Heizvorrichtung eingekoppelt, weshalb hier in Achsrichtung ein dafür geeigneter Bauraum vorhanden sein muss. Darüber hinaus ergeben sich für diese Vorrichtung durch die elliptische Querschnittsform des Umfangsspiegels Beschränkungen für die Einkopplung der Laserstrahlung und für die Anordnung des Werkstückes innerhalb des Umfangsspiegels.Also according to the US 4,058,699 Laser heating creates a heating zone in a heating device. Within a cylindrical peripheral mirror having an elliptical cross-section, a conical reflector is arranged along a first cylinder axis extending through the first focal point of the elliptical cross section, and a rod-shaped workpiece to be heated is guided along a second cylinder axis passing through the second focal point of the elliptical cross section. On the conical reflector an expanded laser radiation is directed, which strikes after multiple reflections from all sides on the circumference of the workpiece. The laser radiation is coupled parallel to the axis of the workpiece in the heater, so here in the axial direction a suitable space must be available. Moreover, due to the elliptical cross-sectional shape of the peripheral mirror, this device is subject to restrictions for the coupling of the laser radiation and for the arrangement of the workpiece within the peripheral mirror.

Nachteilig an den bisherigen Lösungen sind deren hohe Komplexität, die sich unter anderem in der gleichzeitigen Anordnung mehrerer Laser oder in der Verwendung von rotierenden, optischen Elementen zeigt. Diese Maßnahmen dienen zum einen der Energieumwandlung am Ort der Bearbeitung und zum anderen der Einkopplung eines von einem seitlich angeordneten Laser emittierten Laserstrahles. Eine Bearbeitung von asymmetrischen Werkstücken erfordert eine reglungstechnisch aufwendige Nachjustierung des Laserbearbeitungssystems. Es mangelt bislang auch an einer Lösung für den Fall, dass sich das zu bearbeitende Werkstück nicht in der Mitte der Anordnung zur Laserbearbeitung befindet.adversely at the previous solutions are their high complexity, Among other things, in the simultaneous arrangement of several Laser or in the use of rotating optical elements shows. These measures serve on the one hand the energy conversion at the place of processing and for others the coupling of one of a laterally arranged laser emitted laser beam. A machining of asymmetrical workpieces requires a reglung technically complex readjustment of the laser processing system. So far, there is also a lack of a solution in the event that that too machining workpiece not in the middle of the arrangement for laser processing.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Vorrichtung zu finden, welche eine einfache Zuführung eines Werkstückes erlaubt und die mit nur wenigen Veränderungen an die Bearbeitung von Werkstücken unterschiedlichen Querschnitts und unterschiedlicher Dimension anpassbar ist.Of the Invention is based on the object, a compact device to find, which allows a simple feed of a workpiece and with only a few changes to the machining of workpieces different cross-section and different dimension is customizable.

Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Verfahren zur Bearbeitung des Umfanges eines Werkstückes mittels Laser zu finden, wobei eine Beaufschlagung des Werkstückes mit einer vorgegebenen Energieverteilung über den Umfang möglich sein soll.It It is also an object of the invention to provide an alternative method of processing the circumference of a workpiece to find by means of laser, wherein a loading of the workpiece with a given energy distribution over the circumference be possible should.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 und für ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 20 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils in den Unteransprüchen beschrieben.These The object is achieved by a device having the features of the claim 1 and for a method with the features of claim 20 solved. advantageous Further developments are each described in the subclaims.

Anhand der Zeichnung werden die Vorrichtung und das Verfahren im Folgenden beispielhaft näher erläutert.Based In the drawing, the apparatus and method will be described below example closer explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Prinzipskizze für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 a schematic diagram of a device according to the invention

2a den Verlauf eines Strahlenbündels in der Y-Z-Ebene bis zur ersten Reflexion 2a the course of a beam in the YZ plane to the first reflection

2b den Verlauf eines Strahlenbündels in der X-Y-Ebene bis zur ersten Reflexion 2 B the course of a beam in the XY plane to the first reflection

3a den Verlauf eines Strahlenbündels in einem Umfangsspiegel 5 gebildet von einem kreiszylinderförmigen Spiegel bei einem Werkstück mit einem kleineren Werkstückradius 3a the course of a beam in a perimeter mirror 5 formed by a circular cylindrical mirror in a workpiece with a smaller workpiece radius

3b den Verlauf eines Strahlenbündels in einem Umfangsspiegel 5 gebildet von einem kreiszylinderförmigen Spiegel bei einem Werkstück mit einem größeren Werkstückradius 3b the course of a beam in a perimeter mirror 5 formed by a circular cylindrical mirror in a workpiece with a larger workpiece radius

4 einen Umfangsspiegel 5 gebildet von einem quaderförmigen Spiegel mit einem quadratischen Querschnitt 4 a circumferential mirror 5 formed by a cuboid mirror with a square cross-section

5 einen Umfangsspiegel 5 gebildet von einem prismatischen Spiegel mit einem 5-Eck als Querschnitt und zusätzlichen Spiegelelementen 14 5 a circumferential mirror 5 formed by a prismatic mirror with a 5-corner as a cross section and additional mirror elements 14

6 einen Umfangsspiegel 5 gebildet von einem prismatischen Spiegel mit einem 8-Eck als Querschnitt und zusätzlichen Spiegelelementen 14 6 a circumferential mirror 5 formed by a prismatic mirror with an 8-corner as a cross section and additional mirror elements 14

7 einen Umfangsspiegel 5 mit einem Polygonspiegel als zusätzliches Spiegelelement 14 7 a circumferential mirror 5 with a polygon mirror as additional mirror element 14

8 einen Umfangsspiegel 5 mit einem Winkelspiegel als zusätzliches Spiegelelement 14 8th a circumferential mirror 5 with an angle mirror as an additional mirror element 14

9 eine Vorrichtung mit einem zusätzlichen optischen System und zwei Strahleintrittsöffnungen 9 a device with an additional optical system and two jet entry openings

10 einen Umfangsspiegel 5 gebildet von einem kreiskegelstumpfförmigen oder pyramidenstumpfförmigen Spiegel mit runder oder n-eckiger Querschnittsfläche 10 a circumferential mirror 5 formed by a circular frustoconical or truncated pyramidal mirror with round or n-shaped cross-sectional area

11 eine Teilumfangsbearbeitung eines Werkstückes 8 11 a partial circumference machining of a workpiece 8th

12 ein Model für den Verlauf von Strahlen des Strahlenbündels 3 innerhalb eines Umfangsspiegels 5 12 a model for the course of rays of the beam 3 within a circumferential mirror 5

13 ein Diagramm für die Energieverteilung über den Umfang eines Werkstückes 8 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, prinzipiell dargestellt in 1, umfasst eine Bearbeitungskammer 13 und ein optisches System mit einer optischen Achse 15, welches durch einen Laser 1 und grundsätzlich eine erste Strahlformungsoptik 2 zur Durchmesserveränderung und Parallelisierung eines vom Laser 1 emittierten Strahlenbündels 3 sowie eine zweite Strahlformungsoptik 4 zur Fokussierung des Strahlenbündels 3 in einer Achsrichtung gebildet ist. Die Bearbeitungskammer 13 weist Durchführöffnungen 7 auf, durch die hindurch ein zu bearbeitendes Werkstück 8 in Richtung seiner Werkstückachse 11 (im Stand der Technik als Hauptachse bezeichnet) geführt wird. 13 a diagram for the energy distribution over the circumference of a workpiece 8th An inventive device, shown in principle in 1 , includes a processing chamber 13 and an optical system having an optical axis 15 , which by a laser 1 and basically a first beam shaping optics 2 for changing the diameter and parallelizing one of the lasers 1 emitted beam 3 and a second beam shaping optics 4 for focusing the beam 3 is formed in an axial direction. The processing chamber 13 has lead-through openings 7 on, through which a workpiece to be machined 8th in the direction of its workpiece axis 11 (referred to in the art as the main axis) is guided.

Die Bearbeitungskammer 13 umschließt einen Umfangsspiegel 5 mit einer Umfangsspiegelsystemachse 9. Die Werkstückachse 11 und die Umfangsspiegelsystemachse 9 sind zueinander parallel ausgerichtet oder fallen bevorzugt zusammen. Die Bearbeitungskammer 13 und der Umfangsspiegel 5 weisen je eine identische Strahleintrittsöffnung 6 auf, zu der das optische System so angeordnet ist, dass das Strahlenbündel 3 mit der optischen Achse 15 senkrecht zur Umfangsspiegelsystemachse 9 in den Umfangsspiegel 5 eingekoppelt wird und nach mehrfacher Reflexion am Umfangsspiegel 5 auf das Werkstück 8 auftrifft.The processing chamber 13 encloses a peripheral mirror 5 with a peripheral mirror system axis 9 , The workpiece axis 11 and the peripheral mirror system axis 9 are aligned parallel to each other or preferably coincide. The processing chamber 13 and the peripheral mirror 5 each have an identical beam entry opening 6 to which the optical system is arranged so that the beam 3 with the optical axis 15 perpendicular to the peripheral mirror system axis 9 in the peripheral mirror 5 is coupled and after multiple reflection on the peripheral mirror 5 on the workpiece 8th incident.

In Abhängigkeit von der Geometrie des Werkstückes 8 und dem Bearbeitungsziel weist die Vorrichtung vorteilhaft wenigstens eine Bewegungseinrichtung auf, die geeignet ist, eine Relativbewegung zwischen dem optischen System, dem Umfangsspiegel 5 und dem Werkstück 8 zu erzeugen.Depending on the geometry of the workpiece 8th and the processing target, the device advantageously has at least one movement device which is suitable for a relative movement between the optical system and the peripheral mirror 5 and the workpiece 8th to create.

Eine solche Relativbewegung ist dann notwendig, wenn das Werkstück 8 nicht nur getrennt werden soll oder in einer Länge bearbeitet werden soll, die der Breite des Arbeitsbereiches 10 entspricht, sondern über größere Längen oder dessen Gesamtlänge partiell oder vollständig am Umfang bearbeitet werden soll.Such relative movement is necessary when the workpiece 8th not just to be separated or edited in a length equal to the width of the work area 10 corresponds, but is to be processed over long lengths or its total length partially or completely on the circumference.

Bei strangförmigen Werkstücken wird vorteilhaft das Werkstück 8 entlang seiner Werkstückachse 11 bewegt. Eine Rotation um seine eigene Werkstückachse 11 kann zur Beeinflussung des Energieeintrages über den Umfang dienen.In the case of strand-shaped workpieces, the workpiece is advantageous 8th along its workpiece axis 11 emotional. A rotation around its own workpiece axis 11 can be used to influence the energy input over the circumference.

Bei Werkstücken 8, die nacheinander einzeln zur Bearbeitung in den Umfangsspiegel 5 eingeführt werden, kann es von Vorteil sein, das Werkzeug, d. h. das Strahlenbündel 3 zu bewegen, was insbesondere durch die Bewegung des gesamten optischen Systems mit oder auch ohne den Umfangsspiegel 5 in Richtung der Werkstückachse 11 von Vorteil ist. Wird der Umfangsspiegel 5 nicht mit bewegt, muss die Strahleintrittsöffnung 6 als ein entsprechend langer Schlitz ausgebildet sein, damit das Strahlenbündel 3 über den gesamten vorgesehenen Bewegungsbereich eingekoppelt werden kann. Nach Fertigstellung eines Werkstückes 8 kann das optische System in seine Ausgangslage zurückbewegt werden oder aber mit der Rückführbewegung wird bereits das nachfolgende Werkstück 8 bearbeitet.For workpieces 8th , one after the other, individually for processing in the peripheral mirror 5 can be introduced, it may be beneficial to the tool, ie the beam 3 to move, which in particular by the movement of the entire optical System with or without the peripheral mirror 5 in the direction of the workpiece axis 11 is beneficial. Will the circumference mirror 5 not moved, must the jet entrance opening 6 be designed as a correspondingly long slot, so that the beam 3 can be coupled over the entire intended range of motion. After completion of a workpiece 8th can the optical system be moved back to its original position or with the return movement is already the subsequent workpiece 8th processed.

Z. B. zur bloßen Trennung eines strangförmigen Werkstückes 8 ist es von Vorteil, wenn wenigstens eine Bewegungsvorrichtung vorhanden ist, die geeignet ist, das optische System, den Umfangsspiegel 5 und das Werkstück 8 während der Bearbeitung gemeinsam in Richtung der Werkstückachse 11 zu bewegen. Damit erfolgt keine Relativbewegung, womit auch bei einer längeren Dauer der Strahleinwirkung und hohen Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes 8 das Werkstück über eine Länge gleich der Breite des Arbeitsbereiches 10 bearbeitet wird. Nach jedem Bearbeitungsvorgang werden das optische System und, falls mitbewegt, auch der Umfangsspiegel 5 in ihre Ausgangslage zurückbewegt.For example, for the mere separation of a strand-shaped workpiece 8th it is advantageous if at least one movement device is present which is suitable, the optical system, the peripheral mirror 5 and the workpiece 8th during machining together in the direction of the workpiece axis 11 to move. Thus there is no relative movement, which also with a longer duration of the jet effect and high feed rate of the workpiece 8th the workpiece over a length equal to the width of the work area 10 is processed. After each machining operation, the optical system and, if moved, also the peripheral mirror 5 moved back to their original position.

Anstelle einer Bewegungseinheit für das optische System, können auch innerhalb des optischen Systems bewegte, optisch umlenkende Elemente vorgesehen sein, die die optische Achse 15 des in den Umfangsspiegel 5 einfallenden Strahlenbündels 3 einer gegebenen Bewegung des Werkstückes 8 zeitweise nachführen.Instead of a moving unit for the optical system, moving, optically deflecting elements, which are the optical axis, can also be provided within the optical system 15 in the peripheral mirror 5 incident beam 3 a given movement of the workpiece 8th track temporarily.

Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Umfangsspiegel 5 mit einer Umfangsspiegelsystemachse 9 bereitgestellt, in den ein Werkstück 8 mit einer Werkstückachse 11 so eingeführt wird, dass die Umfangsspiegelsystemachse 9 und die Werkstückachse 11 in einer Richtung verlaufen.To carry out the method is a peripheral mirror 5 with a peripheral mirror system axis 9 provided in which a workpiece 8th with a workpiece axis 11 is introduced so that the circumferential mirror system axis 9 and the workpiece axis 11 in one direction.

Über eine vorgegebene Bearbeitungszeit wird ein Strahlenbündel 3 entlang einer optischen Achse 15 senkrecht zur Umfangsspiegelsystemachse 9 verlaufend in den Umfangsspiegel 5 eingekoppelt und an dessen Spiegelfläche mehrfach reflektiert, bis es auf das Werkstück 8 auftrifft.Over a given processing time becomes a beam 3 along an optical axis 15 perpendicular to the peripheral mirror system axis 9 extending into the peripheral mirror 5 coupled and reflected at the mirror surface several times until it hits the workpiece 8th incident.

Als Laser 1 kommen alle in der Materialbearbeitung anwendbaren Lasertypen, wie CO2-Laser, NdYAG-Laser, in stab- oder scheibenförmiger Anordnung, Faserlaser oder Hochleistungsdiodenlaser, sowohl als kontinuierlich emittierende Laser, gepulste Laser oder Oszillator-Verstärkeranordnungen in Frage. Die Auswahl und Einstellung der Laser- und Prozessparameter erfolgt in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des Werkstückes 8 und vom Bearbeitungsziel. Für das Verständnis der Erfindung soll die vom Laser 1 emittierte Strahlung als ein Strahlenbündel 3 verstanden werden, welches über die Dauer der Bearbeitungszeit vom Laser 1 ausgesendet wird.As a laser 1 All types of lasers applicable in materials processing, such as CO 2 lasers, NdYAG lasers, in rod-shaped or disc-shaped arrangements, fiber lasers or high-power diode lasers, are suitable both as continuously emitting lasers, pulsed lasers or oscillator amplifier arrangements. The selection and adjustment of the laser and process parameters depends on the material properties of the workpiece 8th and the processing target. For the understanding of the invention is intended by the laser 1 emitted radiation as a beam 3 be understood, which over the duration of the processing time of the laser 1 is sent out.

Je nach der Abstrahlcharakteristik des Lasers 1 ist die erste Strahlformungsoptik 2 z. B. ein Kollimator, ein Teleskop oder DEO (diffraktives optisches Element), um ein über den Strahlenweg quasi achsparalleles Strahlenbündel 3 zu formen, d. h. ein Strahlenbündel 3 mit minimaler Divergenz bei einer für das Bearbeitungsziel ausreichenden hohen Energiedichte, bzw. um das Strahlenbündel 3 so in seinem Durchmesser zu verändern, insbesondere aufzuweiten, dass eine gewünschte Breite für einen Arbeitsbereich 10, der durch den Durchmesser des Strahlenbündels 3 in der X-Y-Ebene bestimmt ist, erreicht wird. Sofern der ausgewählte Laser 1 bereits mit einem hinreichend kleinen Divergenzwinkel emittiert, d. h. die Abweichung von einer Achsparallelität kann toleriert werden, ist diese erste Strahlformungsoptik 2 nicht zwingend erforderlich.Depending on the emission characteristics of the laser 1 is the first beam shaping optics 2 z. As a collimator, a telescope or DEO (diffractive optical element) to a quasi axis-parallel over the beam path bundle 3 to form, ie a bundle of rays 3 with minimal divergence at a sufficient for the processing target high energy density, or around the beam 3 so as to change in diameter, in particular, to widen that to a desired width for a working area 10 passing through the diameter of the beam 3 in the XY plane is reached. Unless the selected laser 1 already emitted with a sufficiently small divergence angle, ie the deviation from an axis parallelism can be tolerated, is this first beam-shaping optical system 2 not mandatory.

Die zweite Strahlformungsoptik 4 ist bevorzugt eine Zylinderlinse, welche das Strahlenbündel 3 in senkrechter Richtung zur Zylinderachse, die in Richtung der Umfangsspiegelsystemachse 9 verläuft, fokussiert.The second beam shaping optics 4 is preferably a cylindrical lens, which the beam 3 in the direction perpendicular to the cylinder axis, in the direction of the peripheral mirror system axis 9 runs, focused.

Bezogen auf ein kartesisches Koordinatensystem, durch dessen Koordinatenursprung die optische Achse 15 verläuft, wird das Strahlenbündel 3 in der X-Y-Ebene fokussiert, sodass in der Y-Z-Ebene eine Fokuslinie entsteht.Based on a Cartesian coordinate system, by its coordinate origin, the optical axis 15 runs, becomes the beam 3 focused in the XY plane so that a focus line is created in the YZ plane.

In Richtung der Zylinderachse, d. h. in der Y-Z-Ebene, bleibt das Strahlenbündel 3 unbeeinflusst und weist über den gesamten Strahlenweg eine quasi konstante Breite auf, die für die Breite des bestrahlten Bereiches (Arbeitsbereich 10) bestimmend ist. Im Falle der Einkopplung eines parallelen Strahlenbündels 3 in den Umfangsspiegel 5 entfällt diese zweite Strahlformungsoptik 4.In the direction of the cylinder axis, ie in the YZ plane, the beam remains 3 unaffected and has over the entire beam path to a quasi-constant width, the width of the irradiated area (working area 10 ) is determinative. In the case of the coupling of a parallel beam 3 in the peripheral mirror 5 eliminates this second beam shaping optics 4 ,

In den 2a und 2b ist der Verlauf eines Strahlenbündels 3 in den beiden genannten, ausgezeichneten Ebenen durch die zweite Strahlformungsoptik 4, gebildet durch eine Zylinderlinse, bis hin zur ersten Reflexion im Umfangsspiegel 5 dargestellt.In the 2a and 2 B is the course of a ray bundle 3 in the two mentioned, excellent levels by the second beam shaping optics 4 , formed by a cylindrical lens, up to the first reflection in the peripheral mirror 5 shown.

Vorteilhaft ist die optische Anordnung, gebildet durch den Laser 1 und die beiden Strahlformungsoptiken 2, 4, so dimensioniert und zu der Strahleintrittsöffnung 6 angeordnet, dass die sich im Strahlenbündel 3 ausbildende Fokuslinie in der Strahleintrittsöffnung 6 liegt. Damit kann diese sehr schmal ausgeführt werden, was die Gefahr eines Wiederaustretens von Anteilen eines einmal in den Umfangsspiegel 5 eingekoppelten Strahlenbündels 3 auf ein Minimum reduziert. Die Strahleintrittsöffnung 6 kann eine wahre Öffnung in der Bearbeitungskammer 13 und dem Umfangsspiegel 5 sein, oder aber ein Bereich, in dem die Bearbeitungskammer 13 und der Umfangsspiegel 5 für das Strahlenbündel 3 des Lasers 1 transparent sind. In der praktisch günstigsten Ausführung wird die Strahleintrittsöffnung 6 in der Bearbeitungskammer 13 als ein Fenster ausgebildet und im Umfangsspiegel 5 ist die Strahleintrittsöffnung 6 eine wahre Öffnung.Advantageous is the optical arrangement formed by the laser 1 and the two beam shaping optics 2 . 4 , so dimensioned and to the beam entry opening 6 arranged that in the beam 3 training focus line in the beam entrance opening 6 lies. This can be done very narrow, which is the risk of re-emergence of shares once in the peripheral mirror 5 coupled beam 3 reduced to a minimum. The jet entrance opening 6 can be a true opening in the editing kam mer 13 and the peripheral mirror 5 be, or else an area where the processing chamber 13 and the peripheral mirror 5 for the beam 3 the laser 1 are transparent. In the most practical embodiment, the jet inlet opening 6 in the processing chamber 13 formed as a window and in the peripheral mirror 5 is the jet entrance opening 6 a true opening.

Der Umfangsspiegel 5 wird durch die innere Mantelfläche eines zylinderförmigen, quaderförmigen oder prismatischen Hohlkörpers bzw. in speziellen Ausführungen eines Hohlkegelstumpfes oder Hohlpyramidenstumpfes gebildet. Dabei kann die innere Mantelfläche eine Spiegelfläche bilden, die sich aus einer Vielzahl von Teilflächen zusammensetzt, deren Anzahl, Geometrie und Anordnung zueinander für unterschiedliche, mögliche Querschnitte des Umfangsspiegels 5 bestimmend ist, wie an den nachfolgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert wird.The circumference mirror 5 is formed by the inner circumferential surface of a cylindrical, cuboid or prismatic hollow body or in special embodiments of a hollow truncated cone or Hohlpyramidenstumpfes. In this case, the inner lateral surface form a mirror surface, which is composed of a plurality of partial surfaces, their number, geometry and arrangement to each other for different, possible cross-sections of the peripheral mirror 5 is determinative, as will be explained in more detail in the following embodiments.

Für die Funktion des Umfangsspiegels 5 ist allein die Spiegelfläche bestimmend, d. h. wenn der Umfangsspiegel 5, wie in 1 gezeigt, von einer Bearbeitungskammer 13 umgeben ist, dient diese lediglich der Aufnahme des Umfangsspiegels 5 und der Einhausung des eingekoppelten Strahlenbündels 3. Die Einhausung stellt demnach eine Sicherheitsmaßnahme dar und ist für ein Funktionieren der Vorrichtung nicht zwingend erforderlich.For the function of the peripheral mirror 5 only the mirror surface is decisive, ie if the peripheral mirror 5 , as in 1 shown from a processing chamber 13 is surrounded, this serves only to receive the peripheral mirror 5 and the enclosure of the coupled-in beam 3 , The enclosure is therefore a safety measure and is not essential for the functioning of the device.

Die unterschiedlichen geeigneten Querschnitte des Umfangsspiegels 5 sind in Abhängigkeit vom Querschnitt des Werkstückes 8 und dem Bearbeitungsziel vorteilhaft.The different suitable cross sections of the peripheral mirror 5 are dependent on the cross section of the workpiece 8th and the processing goal advantageous.

Als Querschnitte für den Umfangsspiegel 5 kommen insbesondere ein Kreis, ein Oval und durch Teilflächen gebildete Vielecke mit aus Herstellungsgründen vorzugsweise gleichen Kantenlängen und gleichen Innenwinkeln in Frage.As cross sections for the peripheral mirror 5 In particular, a circle, an oval and polygons formed by partial surfaces come into consideration with preferably identical edge lengths and identical internal angles for manufacturing reasons.

Zusätzliche Spiegelelemente 14, wie in den 5 und 6 gezeigt, die im Innenraum des Umfangsspiegels 5 frei oder an diesem angeordnet sind, können die gezielte Führung des Strahlenbündels 3 unterstützen.Additional mirror elements 14 as in the 5 and 6 shown in the interior of the perimeter mirror 5 are free or arranged on this, the targeted guidance of the beam 3 support.

Es ist das Ziel, das zeitlich begrenzt eingekoppelte Strahlenbündel 3 so innerhalb des Umfangsspiegels 5 durch Reflexion zu führen, dass es letztendlich auf den Umfang des Werkstückes 8 trifft und seine Strahlungsenergie am Auftreffort absorbiert wird. Mit dem Auftreffen des Strahlenbündels 3 auf das Werkstück 8 hat das Strahlenbündel 3, beginnend vom Laser 1, seinen Strahlenweg zurückgelegt. Am Ort der Absorption erfolgt eine Materialbeeinflussung. Im Falle eines Materialabtrages wird der Weg für das Strahlenbündel 3 freigegeben, sodass nachfolgende Strahlungsenergie am Werkstück 8 vorbeigeführt wird und nach weiterer Reflexion des Strahlenbündels 3 am Umfangsspiegel 5 an anderer Stelle am Umfang des Werkstückes 8 auftrifft.It is the goal, the temporally limited coupled bundle of rays 3 so within the perimeter 5 By reflection, it ultimately leads to the circumference of the workpiece 8th and its radiant energy is absorbed at the point of impact. With the impact of the beam 3 on the workpiece 8th has the beam 3 , starting from the laser 1 , covered his ray path. At the location of the absorption material is influenced. In the case of a material removal the way for the beam is 3 released so that subsequent radiant energy on the workpiece 8th is passed and after further reflection of the beam 3 on the peripheral mirror 5 elsewhere on the circumference of the workpiece 8th incident.

Idealerweise sind der Umfangsspiegel 5 und eventuelle zusätzliche Spiegelelemente 14 auf die Umfangsgeometrie und Dimension des Werkstückes 8 so abgestimmt, dass die Umfangsfläche oder eine Umfangsteilfläche des Werkstückes 8, sofern nur diese bearbeitet werden soll, innerhalb des Arbeitsbereiches 10 gleichmäßig mit Strahlungsenergie beaufschlagt wird.Ideally, the circumferential mirror 5 and any additional mirror elements 14 on the circumferential geometry and dimension of the workpiece 8th tuned so that the peripheral surface or a peripheral surface of the workpiece 8th if only this is to be edited, within the work area 10 is applied uniformly with radiant energy.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere geeignet zur Umfangsbearbeitung von zylinderförmigen, drahtförmigen, bandförmigen oder rohrförmigen Werkstücken 8, insbesondere langen oder sogenannten endlosen Strangmaterialien. Die endlosen Strangmaterialien werden durch den Umfangsspiegel 5 in Richtung dessen Umfangsspiegelsystemachse 9 geführt, um so über ihre gesamte Länge oder auch nur abschnittsweise über ihre Länge bearbeitet zu werden. Dadurch, dass der Umfangsspiegel 5 in Richtung der Umfangsspiegelsystemachse 9 beidseitig frei zugänglich ist, ist eine Zuführung, Durchführung und Abführung des Werkstückes 8 einfach möglich, d. h. hierfür notwendige Handlingseinrichtungen haben einen freien Zugang. Unter langen Strangmaterialien sollen auch Einzelteile wie Schrauben, Bolzen und Rohrstücke verstanden werden.A device according to the invention is particularly suitable for circumferential machining of cylindrical, wire-shaped, band-shaped or tubular workpieces 8th , in particular long or so-called endless strand materials. The endless strand materials are defined by the perimeter mirror 5 in the direction of its peripheral mirror system axis 9 guided so as to be processed over their entire length or even in sections over their length. Because of the circumferential mirror 5 in the direction of the peripheral mirror system axis 9 is freely accessible on both sides, is a supply, implementation and discharge of the workpiece 8th simply possible, ie handling equipment necessary for this have free access. Under long strand materials and individual parts such as screws, bolts and pipe sections are to be understood.

Vorteilhaft ist auch, dass durch einen Austausch nur des Umfangsspiegels 5 bzw. der Bearbeitungskammer 13 mit dem Umgangsspiegel 5 die Vorrichtung an Werkstücke 8 anderer Querschnittsgeometrie oder anderer Dimensionierung bzw. an ein anderes Bearbeitungsziel angepasst werden kann.It is also advantageous that by exchanging only the peripheral mirror 5 or the processing chamber 13 with the handling mirror 5 the device to workpieces 8th other cross-sectional geometry or other dimensioning or can be adapted to another processing target.

Dass die Bearbeitungskammer 13 mit einer Absaugeinrichtung verbunden sein kann, um das durch den Laserstrahl abgelöste Material abzuführen, ist dem Fachmann bekannt. Auch kann eine Kühlung für den Umfangsspiegel 5 vorgesehen sein.That the processing chamber 13 can be connected to a suction device to dissipate the detached material by the laser beam, the skilled person is known. Also can be a cooling for the perimeter mirror 5 be provided.

Grundsätzlich wird die Werkstückachse 11 in der Umfangsspiegelsystemachse 9 angeordnet, sie kann in speziellen Aufführungsbeispielen allerdings hierzu auch parallel angeordnet werden.Basically, the workpiece axis 11 in the circumferential mirror system axis 9 However, in special performance examples, it can also be arranged in parallel for this purpose.

In jedem Fall sind die Werkstückachse 11 und die Umfangsspiegelsystemachse 9 in gleicher Richtung ausgerichtet.In any case, the workpiece axis 11 and the peripheral mirror system axis 9 aligned in the same direction.

Die Werkstücke 8 können anstelle von Festkörpersträngen insbesondere auch viskose Fluidstränge sein, wofür die berührungslose Bearbeitung in erfindungsgemäßer Weise von besonderem Vorteil ist.The workpieces 8th In particular, viscous fluid strands can also be used instead of solid strands, for which contactless processing in the manner according to the invention is of particular advantage.

Unter Bearbeitung bzw. dem Bearbeitungsziel soll hier jede denkbare Materialbeeinflussung mittels Laserstrahlung verstanden werden, wie z. B. eine Erwärmung, Verdampfung und Sublimation, Abtragung, Bestrahlung zur Oberflächenveränderung, Beschichtung sowie Einengung oder Trennung des Materialstranges. Für die Auswahl eines geeigneten Umfangsspiegels 5 mit seiner Geometrie und seiner Dimensionierung ist insbesondere zu unterscheiden, ob das Werkstück 8 vollständig durchtrennt werden soll, wozu der Arbeitsbereich 10 möglichst schmal zu gestalten ist, oder ob über einen Umfangsbereich ein flächiger Abtrag bzw. eine flächige thermische Beeinflussung des Werkstückes 8 erfolgen soll, wozu der Arbeitsbereich 10 eine vorgegebene Breite haben bzw. möglichst breit sein soll.Under processing or the processing target should be understood here any conceivable material influencing by means of laser radiation, such. As a heating, evaporation and sublimation, erosion, irradiation for surface modification, coating and narrowing or separation of the material strand. For the selection of a suitable circumferential mirror 5 with its geometry and its sizing is in particular to distinguish whether the workpiece 8th should be completely severed, including the work area 10 is to be made as narrow as possible, or whether over a peripheral area a surface removal or a surface thermal influence of the workpiece 8th should be done, including the work area 10 have a predetermined width or should be as wide as possible.

Dabei kann über einen Arbeitsbereich 10 der gesamte Umfang oder auch nur ein Teilbereich des Umfanges des Werkstückes 8 bearbeitet werden, z. B. durch Erwärmung nur der Unterseite eines Bandstahls.It can have a workspace 10 the entire circumference or just a portion of the circumference of the workpiece 8th be edited, for. B. by heating only the underside of a steel strip.

Die Werkstücke 8 können aus jeglichen mit Laser bearbeitbaren Materialen bestehen, wie z. B. Glas, Polymere und Metalle sowie deren Schmelzen.The workpieces 8th can consist of any laser-processable materials, such as. As glass, polymers and metals and their melts.

Das Werkstück 8, insbesondere ein Materialstrang, kann während der Bearbeitung zum Umfangsspiegel 5 in Richtung seiner Werkstückachse 11 relativ bewegt werden und/oder um seine Werkstückachse 11 gedreht werden oder aber auch in Ruhe verharren. Damit das Werkstück 8 mit konstanter Geschwindigkeit bewegt werden kann, ist es insbesondere zur Erhöhung des örtlichen Energieeintrages von Vorteil, wenn eine Bewegungseinrichtung vorhanden ist, mit der das optische System während der Bearbeitung dem Werkstück 8 nachgeführt wird.The workpiece 8th , in particular a strand of material, can during the processing to the peripheral mirror 5 in the direction of its workpiece axis 11 are relatively moved and / or around its workpiece axis 11 be turned or remain in peace. So that the workpiece 8th It can be moved at a constant speed, it is particularly advantageous for increasing the local energy input, if a movement device is provided, with which the optical system during machining the workpiece 8th is tracked.

Ob und welcher Art eine Relativbewegung und mit welcher Geschwindigkeit sie gegebenenfalls erfolgt, hängt vom Bearbeitungsziel ab.If and what kind of relative movement and at what speed if necessary, depends from the processing target.

Anstelle nur eines optischen Systems kann die Vorrichtung auch zwei oder mehr optische Systeme aufweisen, die jeweils mit Lasern 1 ausgestattet sind, die Strahlenbündel 3 unterschiedlicher Wellenlänge emittieren.Instead of just one optical system, the device may also include two or more optical systems, each with lasers 1 are equipped, the beams 3 emit different wavelengths.

Eine zeitgleiche oder zeitlich aufeinanderfolgende Bearbeitung mit Strahlenbündeln 3 unterschiedlicher Wellenlänge kann z. B. von Vorteil sein, wenn Werkstücke 8 aus einem semitransparenten Werkstoff bearbeitet werden, die unterschiedliche Wellenlängen in unterschiedlichen Bearbeitungstiefen unterschiedlich absorbieren.A simultaneous or temporally successive treatment with bundles of rays 3 different wavelength can z. B. be advantageous if workpieces 8th be machined from a semi-transparent material that absorb different wavelengths differently in different depths of processing.

Den z. B. zwei optischen Systemen kann jeweils eine Strahleintrittsöffnung 6 zugeordnet sein, womit eine Überlagerung der Arbeitsbereiche 10 möglich ist, oder aber die Strahlenbündel 3 werden, in der Einkoppelhöhe zueinander versetzt, durch eine gemeinsame Strahleintrittsöffnung 6 eingekoppelt, die entsprechend in Richtung der Umfangsspiegelsystemachse 9 ausgedehnt ist, womit eine zeitliche aufeinanderfolgende Bearbeitung erfolgen kann.The z. B. two optical systems can each have a beam entrance opening 6 be assigned, bringing a superposition of workspaces 10 is possible, or the bundles of rays 3 be offset from each other in the coupling height, through a common beam entry opening 6 coupled accordingly in the direction of the circumferential mirror system axis 9 is extended, so that a temporal sequential processing can take place.

Nachfolgend sollen einige Ausführungsbeispiele aufgezeigt werden, die sich insbesondere durch unterschiedliche Ausführungen des Umfangsspiegels 5 unterscheiden.Below are some embodiments are shown, in particular by different embodiments of the peripheral mirror 5 differ.

In einem ersten Ausführungsbeispiel, erläutert an den 3a und 3b, wird der Umfangsspiegel 5 von einem kreiszylinderförmigen Spiegel gebildet, der durch dessen Spiegelfläche als Kreislinie mit einem Krümmungsradius RSP dargestellt ist.In a first embodiment, explained to the 3a and 3b , the circumferential mirror becomes 5 formed by a circular cylindrical mirror, which is represented by the mirror surface as a circular line with a radius of curvature R SP .

Die Zeichenebene stellt die X-Y-Ebene dar, in der sich das Strahlenbündel 3 als divergentes Strahlenbündel durch Mehrfachreflexionen an der mit dem Radius RSP gekrümmten Spiegelfläche ausbreitet.The drawing plane represents the XY plane in which the ray bundle 3 as a divergent beam propagates through multiple reflections at the curved with the radius R SP mirror surface.

Von dem in den Umfangsspiegel 5 einfallenden Strahlenbündel 3 sind durch eine dünne Strichlinie ein Achsstrahl 3.1, durch eine dicke Volllinie ein erster Randstrahl 3.2 und durch eine dicke Strichlinie der zweite Randstrahl 3.3 dargestellt.From that in the peripheral mirror 5 incident beam 3 are a Achsstrahl by a thin dash line 3.1 , by a thick solid line a first marginal ray 3.2 and by a thick dash line the second edge beam 3.3 shown.

Alle Strahlen des Strahlenbündels 3 schneiden sich in der Fokuslinie, die in der Strahleintrittsöffnung 6 liegt, wobei die Randstrahlen 3.2, 3.3 mit dem Achsstrahl 3.1 den halben Öffnungswinkel α miteinander einschließen, der für die Divergenz des Strahlenbündels 3 bestimmend ist und der Achsstrahl 3.1 mit einer durch die Fokuslinie verlaufenden Flächennormalen 12 der Spiegelfläche einen Neigungswinkel β einschließt, der für die Einfallrichtung des Strahlenbündels 3 in den Umfangsspiegel 5 bestimmend ist.All rays of the beam 3 intersect in the focus line, which is in the beam entrance opening 6 lies, with the marginal rays 3.2 . 3.3 with the axis beam 3.1 half the opening angle α with each other, which is responsible for the divergence of the beam 3 determining and the axis beam 3.1 with a surface normal passing through the focus line 12 the mirror surface includes an inclination angle β, which is the direction of incidence of the beam 3 in the peripheral mirror 5 is determinative.

Wie bei einem Vergleich der 3a und 3b gut erkennbar ist, verläuft der mehrfach reflektierte Randstrahl 3.2 bei gleichen Parametern α, β und RSP stets tangential zu einem zentralen Gebiet mit dem Grenzradius R. Alle anderen Strahlen des Strahlenbündels 3, hier sind nur der erste Randstrahl 3.2 und der zweite Randstrahl 3.3 dargestellt, verlaufen in einem größeren Abstand zu diesem zentralen Gebiet.As with a comparison of 3a and 3b is clearly recognizable, runs the multi-reflected edge beam 3.2 with the same parameters α, β and R SP always tangential to a central region with the limiting radius R. All other rays of the beam 3 , here are only the first marginal ray 3.2 and the second marginal ray 3.3 shown, run at a greater distance to this central area.

Während, wie in 3a gezeigt, ein Werkstück 8 mit einem Radius Rw kleiner Ri nicht durch ein Strahlenbündel 3 getroffen wird und damit keine Materialbearbeitung stattfindet, kann ein Werkstück 8 mit einem Radius Rw, der größer ist als Ri, gezielt über eine bestimmte Tiefe vom Werkstückumfang ausgehend über seinen Umfang bearbeitet werden.While, as in 3a shown a workpiece 8th with a radius R w smaller than R i not through a beam 3 is taken and thus no material processing takes place, a workpiece 8th with a radius R w , which is greater than R i , are machined over a certain depth of the workpiece circumference, starting over its circumference.

Das erste Ausführungsbeispiel für einen Umfangsspiegel 5 ist vorteilhaft geeignet z. B. zum Entfernen oder Härten von Oberflächenschichten, insbesondere rotationssymmetrischer Materialstränge, wo das Werkstück 8 nur bis in eine vorgegebene Tiefe beeinflusst werden soll.The first embodiment for a order fang mirror 5 is advantageous suitable z. B. for removing or curing surface layers, in particular rotationally symmetric strands of material, where the workpiece 8th only to be influenced to a given depth.

Über die Auswahl der Parameter α, β und der Breite des Strahlenbündels 3 in Y-Z-Ebene wird der Arbeitsbereich 10 in seiner Breite über den Umfang des Werkstückes 8 und seiner Tiefe, bis in welche das Werkstück 8 von seinem Umfang her ausgehend vom Auftreffen des Strahlenbündels 3 mit Strahlungsenergie beaufschlagt wird, vorgegeben.About the selection of the parameters α, β and the width of the beam 3 in YZ-level becomes the workspace 10 in its width over the circumference of the workpiece 8th and its depth, into which the workpiece 8th from its circumference, starting from the impingement of the beam 3 with radiation energy is applied, given.

Die Tiefe ergibt sich hierbei aus der Differenz des Werkstückradius Rw und dem sich durch die ausgewählten Strahlparameter einstellenden Grenzradius Ri, womit z. B. eine Nut vorgegebener Tiefe und Breite am Werkstück 8 hergestellt werden kann.The depth results here from the difference of the workpiece radius R w and the adjusting itself by the selected beam parameters limit radius R i , which z. B. a groove of predetermined depth and width on the workpiece 8th can be produced.

Wenn der halbe Öffnungswinkel α und der Neigungswinkel β so gesteuert werden, dass der Grenzradius Ri zum Beginn der Bearbeitung gleich dem Werkstückradius Rw ist und nach einem vorgegebenen Zeitregime den Wert Null erreicht, wird das Werkstück 8 entsprechend gezielt und reproduzierbar durch Strahlungsenergie beaufschlagt. Ist das Material des Werkstückes 8 für die Laserwellenlänge des Strahlungsbündels 3 semitransparent, so kann die Strahlungsenergie in das Werkstück 8 eindringen.When half the opening angle α and the inclination angle β are controlled so that the boundary radius R i at the start of machining is equal to the workpiece radius R w and reaches zero after a predetermined time regimen, the workpiece becomes 8th according targeted and reproducible acted upon by radiation energy. Is the material of the workpiece 8th for the laser wavelength of the radiation beam 3 Semitransparent, so can the radiant energy in the workpiece 8th penetration.

Insbesondere kommt es bei viskosen Materialien mit starker Abhängigkeit der Viskosität von der Temperatur, wie z. B. bei einer Glasschmelze, zum gleichzeitigen Erwärmen, Verringern der Viskosität, Verdampfen, Einengung durch Wirkung der Oberflächenspannung und Abtrennen bzw. Tropfenbildung durch Wirkung der Schwerkraft oder anderer äußerer Kräfte.Especially it comes with viscous materials with strong dependence the viscosity from the temperature, such as. B. in a molten glass, for simultaneous Heat, Reducing the viscosity, evaporation, Narrowing due to the effect of surface tension and separation or dripping due to the action of gravity or other external forces.

Das Werkstück 8 kann während der Bearbeitung in relativer Ruhe zum Umfangsspiegel 5 und damit zu dem sich ausbreitenden Strahlenbündel 3 sein oder aber entlang seiner Werkstückachse 11 bewegt werden, womit in Korrelation mit der axialen Geschwindigkeit eine flächenhafte Bestrahlung über eine Breite größer dem Arbeitsbereich 10 erfolgt.The workpiece 8th can during the processing in relative calm to the peripheral mirror 5 and thus to the spreading beam 3 be or along its workpiece axis 11 be moved, which in correlation with the axial velocity, a planar irradiation over a width greater than the working area 10 he follows.

Während der Bearbeitung bleibt der gesamte Arbeitsbereich 10 strahlungserfüllt und das Werkstück 8 wird gleichmäßig quasi simultan über seinen Umfang bestrahlt bzw. bearbeitet.While editing, the entire workspace remains 10 radiation-filled and the workpiece 8th is uniformly irradiated or processed simultaneously over its circumference.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel, erläutert anhand von 4, wird der Umfangsspiegel 5 von einem Spiegel mit quadratischem Querschnitt gebildet, d. h. die Spiegelfläche besteht aus vier planen Teilflächen, die rechtwinklige Ecken miteinander bilden.In a second embodiment, explained with reference to 4 , the circumferential mirror becomes 5 formed by a mirror with a square cross-section, ie the mirror surface consists of four planar faces that form right angles with each other.

Dargestellt sind ausgehend von der Strahleintrittsöffnung 6, in der die Fokuslinie eines Strahlenbündels 3 liegt, ein Achsstrahl 3.1 und die Randstrahlen 3.2 und 3.3 des Strahlenbündels 3, die abschnittsweise entsprechend der vorangegangenen Reflexionen mit einem Exponenten versehen sind.Shown are starting from the beam entry opening 6 in which the focus line of a ray bundle 3 lies, an axle jet 3.1 and the marginal rays 3.2 and 3.3 of the beam 3 , which are provided in sections according to the previous reflections with an exponent.

So lässt sich die Strahlführung innerhalb des Umfangsspiegels 5 gut verfolgen und zeigt z. B. ein erstes Auftreffen des Strahlenbündels 3 durch den Randstrahl 3.24 auf das Werkstück 8 nach der vierten Reflexion.This allows the beam guidance within the peripheral mirror 5 follow well and shows z. B. a first impact of the beam 3 through the marginal ray 3.2 4 on the workpiece 8th after the fourth reflection.

Im Vergleich mit dem ersten Ausführungsbeispiel für einen Umfangsspiegel 5, ist es bei dieser Lösung von Vorteil, wenn das Werkstück 8 während seiner Bearbeitung um seine Werkstückachse 11 gedreht wird, wodurch die Materialbeeinflussung über den Umfang homogenisiert wird.In comparison with the first embodiment for a peripheral mirror 5 , it is advantageous in this solution, if the workpiece 8th during its machining around its workpiece axis 11 is rotated, whereby the material influence is homogenized over the circumference.

Günstig auf die Homogenisierung wirkt sich auch die Anpassung der Anzahl der Teilflächen aus und eine Reflexion in den Ecken zwischen den Teilflächen, die eine Strahlteilung bewirkt.Favorable Homogenization also affects the adaptation of the number of subareas off and a reflection in the corners between the faces that causes a beam splitting.

In 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel für einen Umfangsspiegel 5 gezeigt, der von einem Spiegel mit einem 5-eckigen Querschnitt gebildet ist.In 5 is a third embodiment of a peripheral mirror 5 shown, which is formed by a mirror with a 5-sided cross-section.

Ein Strahlenbündel 3, welches wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen in der Strahleintrittsöffnung 6 eine Fokuslinie bildet, verläuft in der Zeichenebene, welche die X-Y-Ebene darstellt, divergent. Das Strahlenbündel 3, dargestellt durch die drei Strahlen 3.1, 3.2 und 3.3, wird so in den Umfangsspiegel 5 eingekoppelt, dass es auf eine zwischen zwei benachbarten Teilflächen konkav ausgebildete Ecke auftrifft, wodurch das Strahlenbündel 3 stark aufgefächert wird, und die Strahlen dann aus unterschiedlichen Richtungen kommend nach weiteren Reflexionen auf das Werkstück 8 auftreffen.A ray of light 3 which, as in the preceding embodiments, in the jet entry opening 6 forms a focus line, diverges in the drawing plane representing the XY plane. The ray bundle 3 represented by the three rays 3.1 . 3.2 and 3.3 , so in the circumferential mirror 5 coupled, that it impinges on a concave formed between two adjacent faces corner, whereby the beam 3 is greatly fanned, and then the rays coming from different directions for further reflections on the workpiece 8th incident.

Ebenso wie die Ecken können die Teilflächen, abweichend von Planflächen, als sphärische oder asphärische Flächen ausgebildet sein.As well how the corners can the faces, deviating from plane surfaces, as spherical or aspherical surfaces be educated.

Die modifizierte Oberflächenform kann entweder durch eine entsprechende Oberflächenform der Spiegelfläche an den Teilflächen bzw. den Ecken erfolgen oder aber durch fest am Umfangsspiegel 5 angebrachte zusätzliche Spiegelelemente 14, wie in den 5 und 6 dargestellt.The modified surface shape can be done either by a corresponding surface shape of the mirror surface on the faces or the corners or by firmly on the peripheral mirror 5 attached additional mirror elements 14 as in the 5 and 6 shown.

Wie in 5 gezeigt, kann das Werkstück 8 mit seiner Werkstückachse 11 auch parallel zur Umfangsspiegelsystemachse 9 angeordnet sein.As in 5 shown, the workpiece can 8th with its workpiece axis 11 also parallel to the peripheral mirror system axis 9 be arranged.

Das in 6 gezeigte vierte Ausführungsbeispiel für ein Umfangsspiegel 5 wird von einem Spiegel mit einem 8-eckigen Querschnitt gebildet.This in 6 shown fourth embodiment of a peripheral mirror 5 is formed by a mirror with an octagonal cross-section.

Hier trifft das einfallende Strahlenbündel 3, dargestellt durch fünf Strahlen, zuerst auf eine Ecke, die strahlteilend wirkt. Ein zusätzliches Spiegelelement 14, was ebenfalls strahlteilend wirkt, aber auch die entstehenden Teilstrahlenbündel in ihrer Umlaufrichtung vertauscht, ist dargestellt.Here comes the incident beam 3 , represented by five rays, first on a corner which is beam splitting. An additional mirror element 14 , which also divides the beam, but also interchanges the resulting partial beams in their direction of rotation, is shown.

Anstelle eines divergenten Strahlenbündels 3 wird im Unterschied zu allen vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ein auch in der X-Y-Ebene quasi achsparalleles Strahlenbündel 3 in den Umfangsspiegel 5 eingekoppelt.Instead of a divergent beam 3 In contrast to all embodiments described above, a quasi-axis-parallel beam also in the XY plane 3 in the peripheral mirror 5 coupled.

Bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Strahlenbündel 3 so in den Umfangsspiegel 5 eingekoppelt, dass die optische Achse 15 die Umfangsspiegelsystemachse 9 nicht schneidet, indem sie windschief zur Umfangsspiegelsystemachse 9 verläuft.In the embodiments described above, the beam becomes 3 so in the peripheral mirror 5 coupled to the optical axis 15 the peripheral mirror system axis 9 does not intersect by skewing to the perimeter mirror system axis 9 runs.

Das Strahlenbündel 3 kann jedoch auch, gemäß den beiden folgenden Ausführungsbeispielen, so eingekoppelt und umgelenkt werden, dass die optische Achse 15 mit der Umfangsspiegelsystemachse 9 nicht zusammentrifft, indem ein zusätzliches Spiegelelement 14 im Umfangsspiegel 5 so angeordnet ist, dass eine erste Reflexion hieran erfolgt.The ray bundle 3 However, according to the following two embodiments, it can also be coupled in and deflected such that the optical axis 15 with the peripheral mirror system axis 9 does not coincide by adding an additional mirror element 14 in the circumferential mirror 5 is arranged so that a first reflection takes place on it.

Auch bei dem in 7 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel soll ein ebenfalls in X-Y-Ebene quasi achsparalleles Strahlenbündel 3 in den Umfangsspiegel 5 eingekoppelt werden, welcher hier ebenfalls einen achteckigen Querschnitt aufweist, allerdings mit unterschiedlichen Kantenlängen der Teilflächen.Also at the in 7 shown fifth embodiment, a quasi-axis-parallel in the XY plane beam 3 in the peripheral mirror 5 be coupled, which also has an octagonal cross-section, but with different edge lengths of the faces.

Ein zusätzliches Spiegelelement 14, hier ein rotierender Polygonspiegel, sorgt dafür, dass das Strahlenbündel 3, hier dargestellt durch zwei Randstrahlen, in zwei Teilstrahlenbündel zerlegt wird und diese in einem sich ständig ändernden Ablenkwinkel auf unterschiedliche erste Teilflächen des Umfangsspiegels 5 auftreffen. Dadurch hat das Strahlenbündel 3 im Unterschied zu allen vorherigen Ausführungsbeispielen einen sich zeitlich ständig ändernden Verlauf, bis es auf das Werkstück 8, das hier beispielhaft einen elliptischen Querschnitt aufweist, an sich ständig ändernder Stelle auftrifft.An additional mirror element 14 , here a rotating polygon mirror, ensures that the beam of light 3 , here represented by two marginal rays, is divided into two partial beams and this in a constantly changing deflection angle to different first partial surfaces of the peripheral mirror 5 incident. This has the beam 3 in contrast to all previous embodiments, a constantly changing course, until it is on the workpiece 8th , which by way of example has an elliptical cross section, impinges on a constantly changing location.

8 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel, bei dem ebenfalls innerhalb des Umfangsspiegels 5 ein zusätzliches Spiegelelement 14, hier ein Winkelspiegel, angeordnet ist. 8th shows a sixth embodiment, in which also within the peripheral mirror 5 an additional mirror element 14 , here an angle mirror, is arranged.

Auch hier erfolgt eine erste Strahlteilung des Strahlenbündels 3 in Teilstrahlenbündel, bevor diese erstmalig auf eine Teilfläche des Umfangsspiegels 5 auftreffen, d. h. vor einer ersten Reflexion am Umfangsspiegel 5. Die Teilstrahlenbündel breiten sich hier spiegelsymmetrisch, in entgegengesetzter Richtung um das Werkstück 8 aus und treffen über mehrere Reflexionen auf das Werkstück 8. Das Werkstück 8 weist hier beispielhaft ein 5-Eck mit gleichen Kantenlängen als Querschnitt auf.Again, there is a first beam splitting of the beam 3 in partial beams, before this for the first time on a partial surface of the peripheral mirror 5 hit, ie before a first reflection on the peripheral mirror 5 , The partial beams propagate here mirror-symmetrically, in the opposite direction around the workpiece 8th from and meet several reflections on the workpiece 8th , The workpiece 8th has here for example a 5-corner with the same edge lengths as a cross section.

Alle vorgenannten Ausführungsbeispiele haben gemeinsam, dass ein Werkstück 8 durch die auftreffenden Strahlenbündel 3 vollumfänglich mit der Strahlungsenergie von einer Strahlungsquelle kommend, insbesondere einem Laser 1, über eine vorbestimmte Zeitdauer beaufschlagt wird.All the above embodiments have in common that a workpiece 8th through the impinging beams 3 completely with the radiation energy coming from a radiation source, in particular a laser 1 , is applied for a predetermined period of time.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch nicht auf eine einzige Strahlungsquelle beschränkt und auch nicht auf einen Umfangsspiegel 5 mit senkrecht auf der Umfangsspiegelsystemachse 9 stehenden Flächennormalen 12, was an einem siebenten und achten Ausführungsbeispiel gezeigt werden soll.However, a device according to the invention is not limited to a single radiation source and also not to a peripheral mirror 5 with perpendicular to the peripheral mirror system axis 9 standing surface normals 12 What should be shown in a seventh and eighth embodiment.

Ein siebentes Ausführungsbeispiel, dargestellt in 9, umfasst zwei Laser 1 mit jeweils vorgeordneten Strahlformungsoptiken 2, 4 und jeweils einer Strahleintrittsöffnung 6. Damit werden, bevorzugt zeitgleich, zwei Strahlenbündel 3 in den Umfangsspiegel 5 eingekoppelt. Sie können eine gleiche Strahlgeometrie aufweisen und unter einem gleichen Neigungswinkel β in den Umfangsspiegel 5 eingekoppelt werden, womit der Eintrag der Strahlungsenergie in das Werkstück 8 verdoppelt wird.A seventh embodiment shown in FIG 9 , includes two lasers 1 each with upstream beam shaping optics 2 . 4 and in each case a jet entry opening 6 , This will, preferably at the same time, two beams 3 in the peripheral mirror 5 coupled. They can have the same beam geometry and at the same inclination angle β in the peripheral mirror 5 coupled, bringing the entry of the radiant energy into the workpiece 8th is doubled.

Die Strahlformungsoptiken 2, 4 können aber auch unterschiedlich ausgelegt werden, so dass sich z. B. die Breite der beiden Strahlenbündel 3 über die Y-Z-Ebene unterscheidet, um z. B. das Werkstück 8 über einen vorgegebenen Arbeitsbereich 10 durch Bestrahlung zu härten und gleichzeitig innerhalb eines wesentlich kleineren Arbeitsbereiches 10 zu trennen.The beam shaping optics 2 . 4 but can also be interpreted differently, so that z. B. the width of the two beams 3 about the YZ-level differs to z. B. the workpiece 8th over a given workspace 10 harden by irradiation and at the same time within a much smaller work area 10 to separate.

Die beiden Strahlenbündel 3 können auch in unterschiedlicher Höhe in den Umfangsspiegel 5 eingekoppelt werden, um z. B. beim Passieren eines oberen Arbeitsbereiches 10 eine erste Bearbeitung und beim Passieren eines unteren Arbeitsbereiches 10 eine zweite Bearbeitung am Umfang des Werkstückes 8 vorzunehmen.The two beams 3 can also be at different heights in the perimeter 5 be coupled to z. B. when passing an upper work area 10 a first processing and when passing a lower work area 10 a second machining on the circumference of the workpiece 8th make.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind auch noch einmal zusätzliche, am Umfangsspiegel 5 angebrachte Spiegelelemente 14 gezeigt.In the illustrated embodiment are also additional, on the peripheral mirror 5 attached mirror elements 14 shown.

Eines der beiden zusätzlichen Spiegelelemente 14 weist eine konvex gekrümmte Spiegelfläche auf, welche die Divergenz des auftreffenden Strahlenbündels 3 erhöht, während das andere zusätzliche Spiegelelement 14 aus zwei ebenen Teilflächen besteht, die miteinander einen stumpfen Winkel einschließen, sodass bei Beibehaltung des Divergenzwinkels das Strahlenbündel 3 in zwei Teilstrahlbündel aufgeteilt wird.One of the two additional mirror elements 14 has a convexly curved mirror surface which detects the divergence of the incident beam 3 increased, while the other additional mirror element 14 consists of two flat faces that enclose an obtuse angle with each other, so that, while maintaining the divergence angle, the beam 3 in two Teilstrahlbün del is split.

Die zusätzlichen Spiegelelemente 14 grenzen mit konkav gestalteten Übergängen an die Spiegelfläche des Umfangsspiegels 5 an, was sich positiv auf die Reflexion auswirkt.The additional mirror elements 14 boundaries with concave transitions to the mirror surface of the peripheral mirror 5 which has a positive effect on the reflection.

Ein achtes Ausführungsbeispiel, dargestellt in 10, unterscheidet sich gegenüber den vorhergenannten Ausführungsbeispielen, bei denen die Flächennormalen 12 des Umfangsspiegels 5 in jedem Punkt der Spiegelfläche senkrecht auf der Umfangsspiegelsystemachse 9 stehen, dadurch, dass die Flächennormalen 12 einen gleichen Winkel kleiner 90° mit der Umfangsspiegelsystemachse 9 einschließen. Der Umfangsspiegel 5 kann z. B. ein Pyramidenstumpf oder ein Kegelstumpf sein.An eighth embodiment shown in FIG 10 , differs from the aforementioned embodiments, in which the surface normals 12 of the peripheral mirror 5 at each point of the mirror surface perpendicular to the perimeter mirror system axis 9 stand, in that the surface normals 12 an equal angle less than 90 ° with the perimeter mirror system axis 9 lock in. The circumference mirror 5 can z. B. be a truncated pyramid or a truncated cone.

In Abhängigkeit vom Winkel wird das Strahlenbündel 3 in Richtung der Umfangsspiegelsystemachse 9 und damit der Werkstückachse 11 abgelenkt. Damit wird der Arbeitsbereich 10 vergrößert.Depending on the angle, the beam becomes 3 in the direction of the peripheral mirror system axis 9 and thus the workpiece axis 11 distracted. This will be the workspace 10 increased.

Eine solche Lösung hat auch den Vorteil, dass ein Strahlenbündel 3 gesichert nicht mehrfach an den gleichen Stellen des Umfangsspiegels 5 reflektiert wird, was eine geringere thermische Belastung des Umfangsspiegels 5 bedeutet.Such a solution also has the advantage that a bundle of rays 3 not secured several times in the same places of the peripheral mirror 5 is reflected, resulting in lower thermal stress on the peripheral mirror 5 means.

Mit einem neunten Ausführungsbeispiel, gezeigt in 11, soll aufgezeigt werden, dass auch nur eine teilweise Umfangsbearbeitung eines Werkstückes 8 möglich ist.With a ninth embodiment, shown in FIG 11 , should be pointed out that even only a partial circumferential machining of a workpiece 8th is possible.

Die Strahlparameter des Strahlenbündels 3 und der Querschnitt des Umfangsspiegels 5 sowie dessen Dimension in Verbindung mit einem zusätzlichen Spiegelelement 14 wurde so ausgewählt, dass das Strahlenbündel 3 nach Strahlteilung und zweifacher Reflexion vollständig auf eine Seite eines Werkstückes 8, hier ein bandförmiger Materialstrang, auftrifft.The beam parameters of the beam 3 and the cross section of the peripheral mirror 5 and its dimension in conjunction with an additional mirror element 14 was chosen so that the beam 3 after beam splitting and double reflection completely on one side of a workpiece 8th , here a band-shaped strand of material, impinges.

Ein zehntes Ausführungsbeispiel soll anhand der 12 und der 13 erläutert werden.A tenth embodiment is based on the 12 and the 13 be explained.

Für einen Umfangsspiegel 5, gebildet durch einen zylinderförmigen Spiegel mit einem 5-Eck als Querschnitt, mit Kantenlängen von 72,75 mm und einem Reflexionsgrad von 99,8%, wurde die resultierende Energieverteilung am Umfang eines Werkstückes 8 mit zehntausend Strahlen bei einem Schwellwert von 5% gerechnet.For a circumference mirror 5 formed by a cylindrical mirror with a 5-corner as a cross section, with edge lengths of 72.75 mm and a reflectance of 99.8%, the resulting energy distribution at the periphery of a workpiece 8th calculated with ten thousand rays at a threshold of 5%.

In 12 wurde hierfür der Strahlenverlauf dargestellt, wobei in der Darstellung nur zehn Strahlen des Strahlenbündels 3 gezeigt sind, um noch eine visuelle Auflösung zu gewährleisten.In 12 For this purpose, the beam path has been shown, with only ten beams of the beam in the illustration 3 are shown to ensure even a visual resolution.

13 zeigt in einem Diagramm die Anzahl der auftreffenden Strahlen des Strahlenbündels 3, die einer Verteilung der Strahlungsenergie äquivalent ist, welche durch das Auftreffen der Strahlenbündel 3 auf das Werkstück 8, über dessen Umfang verteilt, in dieses eingebracht wurde. 13 shows in a diagram the number of impinging rays of the beam 3 which is equivalent to a distribution of the radiation energy caused by the impact of the radiation beams 3 on the workpiece 8th , distributed over its scope, was introduced into this.

Das Werkstück 8 ist ein Materialstrang mit einem Absorptionsgrad von 99,8% und einem Durchmesser von 25 mm, woraus sich ein Umfang für das Werkstück 8 von ca. 78,5 mm ergibt.The workpiece 8th is a material strand with a degree of absorption of 99.8% and a diameter of 25 mm, resulting in a circumference for the workpiece 8th of about 78.5 mm.

Ein in den Umfangsspiegel 5 eingekoppeltes Strahlenbündel 3 weist einen halben Öffnungswinkel α von 6,4° auf und ist in der Strahleintrittsöffnung 6 in einer Fokuslinie gebündelt.One in the perimeter mirror 5 coupled beam 3 has a half opening angle α of 6.4 ° and is in the jet inlet opening 6 bundled in a focus line.

Sieht man sich den dargestellten Kurvenverlauf an, erkennt man Umfangsabschnitte, z. B. im Bereich von 43–65 mm, bei dem der Kurvenverlauf innerhalb eines relativ schmalen Toleranzbandes bleibt. Man erkennt aber auch Umfangsabschnitte mit starken Kurven-Ausschlägen, wie sie einer homogenen Umfangsbearbeitung nicht genügen.looks If one looks at the illustrated curve, one recognizes circumferential sections, z. In the range of 43-65 mm, where the curve remains within a relatively narrow tolerance band. But it also recognizes peripheral sections with strong curve rashes, such as they do not satisfy a homogeneous circumferential processing.

Schon eine Strahlteilung vor der ersten Reflexion im Umfangsspiegel 5 würde zu einer Überlagerung mit dem spiegelverkehrten Kurvenverlauf bei halbierter Strahlenanzahl führen und so zu einer deutlichen Homogenisierung des Energieeinfalls auf das Werkstück 8 führen.Already a beam splitting before the first reflection in the peripheral mirror 5 would lead to an overlay with the mirror-inverted curve at half the number of beams and thus to a significant homogenization of the energy input to the workpiece 8th to lead.

Für das Bearbeitungsziel des vollständigen Trennens des Werkstückes 8 kann eine hier dargestellte Verteilung jedoch durchaus schon ausreichend sein. Für einen definierten Abtrag über den Umfang hingegen müssen Maßnahmen getroffen werden, mit denen der Verlauf der Strahlen so beeinflusst wird, dass die Verteilungskurve über den gesamten Umfangsbereich innerhalb eines angemessenen Toleranzbandes bleibt.For the machining target of completely cutting the workpiece 8th However, a distribution shown here may well be sufficient. On the other hand, for defined ablation over the circumference, measures must be taken to influence the course of the beams so that the distribution curve remains within an appropriate tolerance band over the entire circumference.

Eine gleichmäßigere Verteilung wird erreicht bei einer Vergrößerung des Größenverhältnisses zwischen dem Werkstück 8 und dem Umfangsspiegel 5 sowie durch die umfangreich in den Ausführungsbeispielen erläuterten Maßnahmen zur Formung und Teilung des Strahlenbündels 3.A more uniform distribution is achieved with an increase in the size ratio between the workpiece 8th and the peripheral mirror 5 and by the extensively explained in the embodiments measures for shaping and division of the beam 3 ,

Auch kann eine Homogenisierung auf einfache Weise erreicht werden, indem das Werkstück 8 während der Bearbeitung um seine Werkstückachse 11 gedreht wird.Also, a homogenization can be easily achieved by the workpiece 8th during machining around its workpiece axis 11 is turned.

Wie bereits dargelegt, können das Werkstück 8 und die Vorrichtung während der Bearbeitung zueinander in Ruhe verharren oder aber in relativer Bewegung zueinander sein. Die relative Ruhelage zueinander kann erreicht werden, indem das durch die Bearbeitungskammer 13 mit einer konstanten Geschwindigkeit geführte Werkstück 8 für die Zeit der Bearbeitung angehalten wird oder aber vorteilhaft, indem das optische System dem Werkstück 8 nachgeführt wird. Damit kann die Einwirkzeit der Laserstrahlung erhöht werden.As already stated, the workpiece 8th and the device remain at rest during processing, or be in relative motion with each other. The relative rest position to each other can be achieved by the through the processing chamber 13 workpiece guided at a constant speed 8th for the time of Processing is stopped or advantageous by the optical system the workpiece 8th is tracked. Thus, the exposure time of the laser radiation can be increased.

Alle vorbenannten Ausführungsbeispiele zeigen, dass das Verfahren und die Vorrichtung insbesondere in Abhängigkeit vom Querschnitt des Werkstückes 8 und dem Bearbeitungsziel vorteilhaft unterschiedlich ausgeführt werden kann. Dem Fachmann sind eine Vielzahl von Anregungen gegeben, um über diese Auswahl zu einem optimalen Ergebnis zu kommen.All the aforementioned embodiments show that the method and the device, in particular depending on the cross section of the workpiece 8th and the processing target can advantageously be carried out differently. The person skilled in the art is given a large number of suggestions in order to arrive at an optimum result via this selection.

11
Laserlaser
22
erste Strahlformungsoptikfirst Beam shaping optics
33
Strahlenbündelray beam
3.1–3.n3.1-3.n
ausgezeichnete Strahlen des Strahlenbündelsexcellent Rays of the beam
3.1m–3.nm 3.1 m -3.n m
ausgezeichnete Strahlen des Strahlenbündels nach m-ter Reflexionexcellent Rays of the beam after mth reflection
44
zweite Strahlformungsoptiksecond Beam shaping optics
55
Umfangsspiegelextensive mirror
66
StrahleintrittsöffnungBeam entrance opening
77
DurchführöffnungThrough opening
88th
Werkstückworkpiece
99
UmfangsspiegelsystemachseExtensive mirror system axis
1010
ArbeitsbereichWorkspace
1111
WerkstückachseWorkpiece axis
1212
Flächennormalesurface normal
1313
Bearbeitungskammerprocessing chamber
1414
zusätzliches Spiegelelementadditional mirror element
1515
optische Achseoptical axis
αα
halber Öffnungswinkelhalf opening angle
ββ
Neigungswinkeltilt angle
RSP R SP
Krümmungsradiusradius of curvature
Ri R i
Grenzradiuslimit radius
Rw R w
WerkstückradiusWorkpiece radius

Claims (29)

Vorrichtung zur Umfangsbearbeitung eines Werkstückes (8), mit einem optischen System, welches eine optische Achse (15) aufweist und zu welcher ein Laser (1) gehört, der ein Strahlenbündel (3) entlang der optischen Achse (15) emittiert, sowie einem Umfangsspiegel (5), mit einer Umfangsspiegelsystemachse (9), der um das zu bearbeitende Werkstück (8), das eine Werkstückachse (11) aufweist, so angeordnet ist, dass die Umfangsspiegelsystemachse (9) und die Werkstückachse (11) in gleicher Richtung ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsspiegel (5) am Umfang eine Strahleintrittsöffnung (6) aufweist, zu der das optische System so angeordnet ist, dass das Strahlenbündel (3) mit der optischen Achse (15) senkrecht zur Umfangsspiegelsystemachse (9) in den Umfangsspiegel (5) eingekoppelt wird und nach mehrfacher Reflexion am Umfangsspiegel (5) auf das Werkstück (8) auftrifft.Device for the circumferential machining of a workpiece ( 8th ), with an optical system having an optical axis ( 15 ) and to which a laser ( 1 ), which is a bundle of rays ( 3 ) along the optical axis ( 15 ) and a peripheral mirror ( 5 ), with a peripheral mirror system axis ( 9 ), around the workpiece to be machined ( 8th ), which has a workpiece axis ( 11 ) is arranged so that the peripheral mirror system axis ( 9 ) and the workpiece axis ( 11 ) are aligned in the same direction, characterized in that the peripheral mirror ( 5 ) at the periphery of a jet inlet opening ( 6 ), to which the optical system is arranged so that the radiation beam ( 3 ) with the optical axis ( 15 ) perpendicular to the peripheral mirror system axis ( 9 ) in the peripheral mirror ( 5 ) is coupled and after multiple reflection on the peripheral mirror ( 5 ) on the workpiece ( 8th ). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsspiegel (5) von einer Bearbeitungskammer (13) umschlossen ist, die ebenfalls eine Strahleintrittsöffnung (6) sowie zwei Durchführöffnungen (7) aufweist, durch die hindurch das zu bearbeitende Werkstück (8) in Richtung seiner Werkstückachse (11) durch die Bearbeitungskammer (13) geführt ist.Device according to claim 1, characterized in that the peripheral mirror ( 5 ) from a processing chamber ( 13 ), which likewise has a jet entry opening ( 6 ) and two passage openings ( 7 ), through which the workpiece to be machined ( 8th ) in the direction of its workpiece axis ( 11 ) through the processing chamber ( 13 ) is guided. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine erste Strahlformungsoptik (2) zur Durchmesserveränderung und Parallelisierung des vom Laser (1) emittierten Strahlenbündels (3) umfasst.Device according to Claim 1, characterized in that the optical system has a first beam-shaping optical system ( 2 ) for the change in diameter and parallelization of the laser ( 1 ) emitted beam ( 3 ). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine zweite Strahlformungsoptik (4) umfasst, zur Fokussierung des Strahlenbündels (3) in der X-Y-Ebene, die eine senkrechte Ebene zu der durch die optische Achse (15) und die Umfangsspiegelsystemachse (9) definierten Y-Z-Ebene ist.Device according to Claim 1 or 3, characterized in that the optical system has a second beam-shaping optical system ( 4 ), for focusing the beam ( 3 ) in the XY plane, which is a plane perpendicular to that through the optical axis ( 15 ) and the peripheral mirror system axis ( 9 ) defined YZ-level. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strahlformungsoptik (4) so ausgelegt ist, dass eine sich ausbildende Fokuslinie in einer Strahleintrittsöffnung (6) liegt.Apparatus according to claim 4, characterized in that the second beam-shaping optical system ( 4 ) is designed such that a forming focal line in a beam entry opening ( 6 ) lies. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsspiegel (5) die Form eines Hohlkörpers hat, dessen innere Mantelfläche eine Spiegelfläche bildet, deren Flächennormalen (12) in jedem Punkt der Spiegelfläche senkrecht auf der Umfangsspiegelsystemachse (9) stehen.Device according to claim 1, characterized in that the peripheral mirror ( 5 ) has the shape of a hollow body whose inner lateral surface forms a mirror surface whose surface normal ( 12 ) at each point of the mirror surface perpendicular to the perimeter mirror system axis ( 9 ) stand. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsspiegel (5) die Form eines Hohlkörpers hat, dessen innere Mantelfläche eine Spiegelfläche bildet, deren Flächennormalen (12) in jedem Punkt der Spiegelfläche einen Winkel, der kleiner 90° ist, mit der Umfangsspiegelsystemachse (9) einschließen.Device according to claim 1, characterized in that the peripheral mirror ( 5 ) has the shape of a hollow body whose inner lateral surface forms a mirror surface whose surface normal ( 12 ) at each point of the mirror surface an angle which is less than 90 °, with the peripheral mirror system axis ( 9 ) lock in. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelfläche sich aus einer Vielzahl von Teilflächen zusammensetzen kann, die Ecken miteinander einschließen und deren Anzahl, Geometrie und Anordnung zueinander für den Querschnitt des Umfangsspiegels (5) bestimmend ist.Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the mirror surface may be composed of a plurality of sub-surfaces, the corners include each other and their number, geometry and arrangement to each other for the cross section of the peripheral mirror ( 5 ) is determinative. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelfläche eine kreiszylinderförmige Fläche ist.Device according to claim 6 or 7, characterized that the mirror surface a circular cylindrical area is. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Teilflächen Vielecke mit gleichen Kantenlängen und gleichen Innenwinkeln gebildet sind.Apparatus according to claim 8, characterized in that through the faces polygons with the same edge lengths and the same internal angles are formed. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum des Umfangsspiegels (5) wenigstens ein zusätzliches Spiegelelement (14) vorhanden ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that in the interior of the peripheral mirror ( 5 ) at least one additional mirror element ( 14 ) is available. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Spiegelelement (14) ein rotierender Polygonspiegel ist.Apparatus according to claim 11, characterized in that the additional mirror element ( 14 ) is a rotating polygon mirror. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfangsspiegel (5) wenigstens ein zusätzliches Spiegelelement (14) angeordnet ist.Device according to claim 1, characterized in that on the peripheral mirror ( 5 ) at least one additional mirror element ( 14 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückachse (11) in der Umfangsspiegelsystemachse (9) angeordnet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the workpiece axis ( 11 ) in the circumferential mirror system axis ( 9 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Ecke oder eine Teilfläche als sphärische oder asphärische Fläche ausgebildet ist.Device according to claim 8, characterized in that that at least one corner or a partial surface is formed as a spherical or aspherical surface is. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Strahleintrittsöffnung (6) und ein zweites optisches System vorhanden sind, um zwei Strahlenbündel (3) in den Umfangsspiegel (5) einzukoppeln.Apparatus according to claim 1, characterized in that an additional jet entry opening ( 6 ) and a second optical system are provided to two beams ( 3 ) in the peripheral mirror ( 5 ). Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische System einen Laser (1) aufweist, der ein Strahlenbündel (3) mit einer anderen Wellenlänge emittiert, als der Laser (1) des ersten optischen Systems.Apparatus according to claim 16, characterized in that the second optical system comprises a laser ( 1 ) having a radiation beam ( 3 ) emitted at a different wavelength than the laser ( 1 ) of the first optical system. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Bewegungseinrichtung vorhanden ist, die geeignet ist, eine Relativbewegung zwischen dem optischen System, dem Umfangsspiegel (5) und dem Werkstück (8) zu erzeugen.Device according to claim 1, characterized in that at least one movement device is provided which is capable of a relative movement between the optical system, the peripheral mirror ( 5 ) and the workpiece ( 8th ) to create. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Bewegungseinrichtung vorhanden ist, die geeignet ist, das optische System, den Umfangsspiegel (5) und das Werkstück (8) gemeinsam in Richtung der Werkstückachse (11) zu bewegen.Device according to Claim 1, characterized in that at least one movement device is provided which is suitable for the optical system, the peripheral mirror ( 5 ) and the workpiece ( 8th ) together in the direction of the workpiece axis ( 11 ) to move. Verfahren zur Umfangsbearbeitung eines Werkstückes (8) mittels Laser (1), bei dem ein Umfangsspiegel (5) mit einer Umfangsspiegelsystemachse (9) bereitgestellt wird und ein Werkstück (8), mit einer Werkstückachse (11), so in den Umfangsspiegel (5) eingeführt wird, dass die Umfangsspiegelsystemachse (9) und die Werkstückachse (11) in einer Richtung verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass über eine vorgegebene Bearbeitungszeit ein von dem Laser (1) emittiertes Strahlenbündel (3) entlang einer optischen Achse (15) senkrecht zur Umfangsspiegelsystemachse (9) in den Umfangsspiegel (5) eingekoppelt wird und an dessen Spiegelfläche mehrfach reflektiert wird, bis es auf das Werkstück (8) auftrifft.Method for the circumferential machining of a workpiece ( 8th ) by means of laser ( 1 ), in which a peripheral mirror ( 5 ) with a circumferential mirror system axis ( 9 ) and a workpiece ( 8th ), with a workpiece axis ( 11 ), so in the peripheral mirror ( 5 ) that the peripheral mirror system axis ( 9 ) and the workpiece axis ( 11 ) in one direction, characterized in that, for a predetermined processing time, one of the laser ( 1 ) emitted beam ( 3 ) along an optical axis ( 15 ) perpendicular to the peripheral mirror system axis ( 9 ) in the peripheral mirror ( 5 ) is coupled in and on the mirror surface is reflected several times until it is on the workpiece ( 8th ). Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlenbündel (3) vor dessen Eintritt in den Umfangsspiegel (5) parallelisiert wird.Method according to claim 20, characterized in that the radiation beam ( 3 ) before it enters the peripheral mirror ( 5 ) is parallelized. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlenbündel (3) vor dessen Eintritt in den Umfangsspiegel (5) in senkrechter Richtung zur Umfangsspiegelsystemachse (9) fokussiert wird.Method according to claim 20 or 21, characterized in that the beam ( 3 ) before it enters the peripheral mirror ( 5 ) in a direction perpendicular to the peripheral mirror system axis ( 9 ) is focused. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (8) während der Bearbeitungszeit entlang seiner Werkstückachse (11) relativ zur Umfangsspiegelsystemachse (9) bewegt wird und/oder um seine Werkstückachse (11) gedreht wird.Method according to claim 20, characterized in that the workpiece ( 8th ) during the machining time along its workpiece axis ( 11 ) relative to the peripheral mirror system axis ( 9 ) is moved and / or about its workpiece axis ( 11 ) is rotated. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System während der Bearbeitungszeit in Richtung der Werkstückachse (11) bewegt wird.A method according to claim 20, characterized in that the optical system during the processing time in the direction of the workpiece axis ( 11 ) is moved. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System und der Umfangsspiegel (5) während der Bearbeitungszeit in Richtung der Werkstückachse (11) bewegt werden.A method according to claim 20, characterized in that the optical system and the peripheral mirror ( 5 ) during the machining time in the direction of the workpiece axis ( 11 ) are moved. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System, der Umfangsspiegel (5) und das Werkstück (8) während der Bearbeitungszeit in Richtung der Werkstückachse (11) bewegt werden.Method according to claim 20, characterized in that the optical system, the peripheral mirror ( 5 ) and the workpiece ( 8th ) during the machining time in the direction of the workpiece axis ( 11 ) are moved. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlenbündel (3) vor einer ersten Reflexion in zwei Teilstrahlenbündel geteilt wird.Method according to claim 20, characterized in that the radiation beam ( 3 ) is divided into two partial beams before a first reflection. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Strahlenbündel (3) in den Umfangsspiegel (5) eingekoppelt werden.Method according to claim 20, characterized in that more than one beam ( 3 ) in the peripheral mirror ( 5 ) are coupled. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenbündel (3) unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.Method according to claim 28, characterized in that the radiation beams ( 3 ) have different wavelengths.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012143181A3 (en) * 2011-04-20 2013-01-10 Robert Bosch Gmbh Laser beam welding device and laser beam welding method
WO2020163363A1 (en) * 2019-02-05 2020-08-13 Dukane Ias, Llc System and method for laser-welding tubular components using a unitary, fixed optical reflector with multiple reflecting surfaces, and medical device
DE102020129314A1 (en) 2020-11-06 2022-05-12 Ernst-Abbe-Hochschule Jena, Körperschaft des öffentlichen Rechts Glass extrusion arrangement and glass extrusion process for the direct production of compact, three-dimensional and geometrically defined semi-finished products and components made of glass
TWI796125B (en) * 2022-01-27 2023-03-11 聚賢研發股份有限公司 Pipe fitting laser welding method
US11819940B2 (en) 2019-02-05 2023-11-21 Dukane Ias, Llc Systems and methods for laser-welding a workpiece with a laser beam that reaches inaccessible areas of the workpiece using multiple reflecting parts
US11931823B2 (en) 2019-02-05 2024-03-19 Dukane Ias, Llc Systems and methods for laser-welding a workpiece with a laser beam that reaches inaccessible areas of the workpiece using multiple reflecting parts

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10017410B2 (en) * 2013-10-25 2018-07-10 Rofin-Sinar Technologies Llc Method of fabricating a glass magnetic hard drive disk platter using filamentation by burst ultrafast laser pulses
CN106536121A (en) * 2014-04-17 2017-03-22 巴克斯特国际公司 Laser device for performing an annular circumferential welding on a workpiece using optical reflectors
CN108025397B (en) 2015-09-21 2020-11-10 大陆汽车有限公司 Valve needle for a fluid injection valve, fluid injection valve and method for producing a valve needle
DE102016125166A1 (en) 2016-12-21 2018-06-21 Ernst-Abbe-Hochschule Jena Method and apparatus for generatively producing a three-dimensional object from a material solidifiable by cooling with a temperature-dependent viscosity
CN111906094B (en) * 2020-07-29 2022-09-20 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司柳州局 Laser cleaning agent rust removal annular joint device
CN115815821B (en) * 2022-12-08 2023-08-11 深圳铭创智能装备有限公司 Device and method for laser processing continuous pattern and etching device and method for electronic device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3865564A (en) * 1973-07-09 1975-02-11 Bell Telephone Labor Inc Fabrication of glass fibers from preform by lasers
US4012213A (en) * 1973-06-14 1977-03-15 Arthur D. Little, Inc. Apparatus for forming refractory fibers
US4044936A (en) * 1974-05-21 1977-08-30 James A. Jobling & Company Limited Glass tube cutting
US4058699A (en) * 1975-08-01 1977-11-15 Arthur D. Little, Inc. Radiant zone heating apparatus and method
US4456811A (en) * 1982-06-21 1984-06-26 Avco Everett Research Laboratory, Inc. Method of and apparatus for heat treating axisymmetric surfaces with an annular laser beam
DE10020327A1 (en) * 2000-04-26 2001-11-08 Bosch Gmbh Robert Device for processing workpieces, welding method for creating a folded-in weld seam and method for hardening metal workpieces uses a laser beam device to permeate the workpieces with laser radiation for their processing.
DE102004003696A1 (en) * 2004-01-24 2005-08-11 Hentze-Lissotschenko Patentverwaltungs Gmbh & Co.Kg Device for simultaneous laser welding

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005000631A1 (en) * 2005-01-03 2006-07-13 Siemens Ag Device for laser beam welding on lateral surfaces of rotationally symmetrical components

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4012213A (en) * 1973-06-14 1977-03-15 Arthur D. Little, Inc. Apparatus for forming refractory fibers
US3865564A (en) * 1973-07-09 1975-02-11 Bell Telephone Labor Inc Fabrication of glass fibers from preform by lasers
US4044936A (en) * 1974-05-21 1977-08-30 James A. Jobling & Company Limited Glass tube cutting
US4058699A (en) * 1975-08-01 1977-11-15 Arthur D. Little, Inc. Radiant zone heating apparatus and method
US4456811A (en) * 1982-06-21 1984-06-26 Avco Everett Research Laboratory, Inc. Method of and apparatus for heat treating axisymmetric surfaces with an annular laser beam
DE10020327A1 (en) * 2000-04-26 2001-11-08 Bosch Gmbh Robert Device for processing workpieces, welding method for creating a folded-in weld seam and method for hardening metal workpieces uses a laser beam device to permeate the workpieces with laser radiation for their processing.
DE102004003696A1 (en) * 2004-01-24 2005-08-11 Hentze-Lissotschenko Patentverwaltungs Gmbh & Co.Kg Device for simultaneous laser welding

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012143181A3 (en) * 2011-04-20 2013-01-10 Robert Bosch Gmbh Laser beam welding device and laser beam welding method
WO2020163363A1 (en) * 2019-02-05 2020-08-13 Dukane Ias, Llc System and method for laser-welding tubular components using a unitary, fixed optical reflector with multiple reflecting surfaces, and medical device
US10926355B2 (en) 2019-02-05 2021-02-23 Dukane Ias, Llc Systems and methods for laser-welding tubular components using a single, fixed optical reflector with multiple reflecting surfaces
US11819940B2 (en) 2019-02-05 2023-11-21 Dukane Ias, Llc Systems and methods for laser-welding a workpiece with a laser beam that reaches inaccessible areas of the workpiece using multiple reflecting parts
US11931823B2 (en) 2019-02-05 2024-03-19 Dukane Ias, Llc Systems and methods for laser-welding a workpiece with a laser beam that reaches inaccessible areas of the workpiece using multiple reflecting parts
DE102020129314A1 (en) 2020-11-06 2022-05-12 Ernst-Abbe-Hochschule Jena, Körperschaft des öffentlichen Rechts Glass extrusion arrangement and glass extrusion process for the direct production of compact, three-dimensional and geometrically defined semi-finished products and components made of glass
WO2022096061A1 (en) 2020-11-06 2022-05-12 Ernst-Abbe-Hochschule Jena Glass extrusion assembly and glass extrusion method for the direct manufacturing of compact, three-dimensional and geometrically defined semifinished products and components made of glass
TWI796125B (en) * 2022-01-27 2023-03-11 聚賢研發股份有限公司 Pipe fitting laser welding method

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WO2010130255A1 (en) 2010-11-18
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